縮短波長可能擴展EUV藍圖？

 現(xiàn)在正是再次探討縮短波長并了解其優(yōu)缺點的時候了。我們不知道13.5nm和1nm之間的最佳選擇，所以我將這種新技術(shù)選項稱為Blue-X——其波長大約介于深藍極紫外光(EUV)微影和X射線之間。

縮短波長是持續(xù)擴展光學微影技術(shù)的一種選擇，著重在短于13.5nm波長的光源和光學元件，這些將在不久的未來實現(xiàn)這一技術(shù)。

升級至0.5的更高數(shù)值孔徑(NA)，將必須付出十分昂貴的代價。不僅工具成本將倍增至2.35億歐元，較大尺寸的掃描儀也需要更龐大的費用來打造更大規(guī)模的晶圓廠。

一旦采用高數(shù)值孔徑作業(yè)，在考慮更高數(shù)值孔徑帶來更高成本的同時，也一并想到高數(shù)值孔徑的多重曝光，這樣可能更有意義。然而，縮短波長不僅能縮減數(shù)值孔徑，從而有助于提高解析度，同時降低工具成本以及功耗要求。

以k1系數(shù)約0.3的單次曝光為例，在13.5nm波長時，0.33 NA達到12nm的解析度，而在0.5 NA時可提高到8nm。業(yè)界一度關(guān)注的波長為6.7nm，但由于我們無法解決其功率問題，使得該選項缺乏頻寬而被放棄了。

相較于采用6.7nm波長，從0.33升級至更高NA有其優(yōu)點：它讓我們能保持相同的功率、多層(ML)和光罩等基礎(chǔ)設(shè)施。畢竟，同時承擔太多挑戰(zhàn)并不是個好辦法。

我們已經(jīng)了解如何根據(jù)雷射驅(qū)動電漿(LPP)、光學元件、污染控制和光罩等方面調(diào)整功率了，接下來將能把這些學問應用于專為較短波長設(shè)計的掃描儀上。因此，我認為現(xiàn)在正是重新審視縮短波長選項的時候了。我建議我們在考慮其他技術(shù)選擇的優(yōu)點和缺點時，一路持續(xù)關(guān)注至1nm。

光源和光學挑戰(zhàn)

過去，我們已經(jīng)探索了11nm和6.6nm或6.7nm光源可能成為EUVL的較短波長了。氙(Xenon)可以提供11nm，而針對6.X-nm，鋱(Tb)和釓(Gd)則被視為LPP光源的材料源。

藉由增加目標材料的原子量Z，我們可以持續(xù)從LPP光源取得越來越短波長的光子。這些高Z材料并沒有單一波長可發(fā)射，但有一組非常接近的未辨識轉(zhuǎn)換陣列(UTA)波長。

總發(fā)射強度將對應于UTA的總振蕩器強度，必須針對每一個可能的UTA評估其潛在的轉(zhuǎn)換效率。

這是一個很有意思的領(lǐng)域，提供了幾種有趣的功能，如晶片的K邊緣、碳窗(carbon window)和水窗(water widow)。針對水窗(X射線波長范圍在2.34-4.4nm之間)近期已經(jīng)有許多關(guān)于顯微鏡應用的開發(fā)。

然而，在產(chǎn)生這種數(shù)百瓦較短波長光子方面存在若干挑戰(zhàn)。最大的挑戰(zhàn)之一在于驅(qū)動雷射所需的功率。針對6.X-nm，所需功率估計約為100kW，而13.5nm則需要~40kW。

我曾經(jīng)見過65kW CO2雷射的設(shè)計，但由于功率要求很高，此時可能值得研究其他替代雷射技術(shù)了。俗稱「星戰(zhàn)計劃」(Star Wars)的美國政府戰(zhàn)略防御計劃目前采用的是1微米100kW雷射。

另一個具有吸引力的選擇是美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory；LLNL)的1.2微米雷射。它可以調(diào)整至300kW，同時保持小于CO2雷射的尺寸。

當然，我們還必須關(guān)注在1.2微米時的轉(zhuǎn)換效率(CE)。1微米Nd:YAG固態(tài)雷射的CE低于10微米CO2的CE。因此，在我們確定100kW驅(qū)動雷射的最佳選擇之前，必須先弄清楚幾件事。

傳輸效率和光阻劑

為了保持與當今掃描儀類似的傳輸效率，我們將會需要類似于現(xiàn)有的功率和ML反射率。我懷疑如果我們犧牲一部份在這些區(qū)域縮短波長取得的增益，以縮短的波長來看，功率要求和數(shù)值孔徑是否就能隨之降低。

6.7nm的ML反射率可能會類似于13.5nm，因而其成為一個理想選擇。而對于其他波長的ML，獲得高反射率的挑戰(zhàn)將十分困難。

在Blue-X區(qū)域探索的各種不同波長中，由于生物應用的前景，水窗(2.34-4.4nm波長)已經(jīng)成為最主要的研究之一。例如OptiXfab最近展示用于水窗的ML收集器提升10倍性能，但反射率仍然不足30%，所以我們還有很長的路要走。

對于較短波長區(qū)域的ML，介面粗糙度似乎是提高反射率的限制之一。針對ML研究的新化學物質(zhì)可望有助于我們將反射率提高到可接受的數(shù)值。

正如一位ML專家所說的，「我們喜歡有利的挑戰(zhàn)……還記得我們在13.5nm達到的成果吧？」對此，我將滿懷期待。讓我們看看在擁有強大UTA下，較短波長可以為我們帶來什么。