在2026年SPIE先進光刻與圖案化大會上,先進光刻技術的未來發展是討論的熱點之一。與會者普遍認為,現有技術在十年后將無法滿足需求,那么未來的發展方向是什么?一種途徑是提高數值孔徑(NA),同時縮短波長。
在周二下午題為“超高分辨率:進一步提升光刻分辨率能力的必然之舉”的演講中,光刻設備制造商ASML的技術執行副總裁Jos Benschop闡述了邁出第一步的必要性。他指出,波長的改變需要對光源、光學元件、掩模、光刻膠以及光刻工藝的其他方面進行相應的調整。
過去,業界已經不斷突破數值孔徑的極限?!拔覀冾A計這種情況會再次發生,”本肖普在談到極紫外(EUV)光刻技術時說道。
目前最先進的技術——極紫外光刻(EUV)使用波長為13.5納米的光來制作小至8納米的特征圖案。最小特征尺寸由分辨率決定,分辨率與波長除以數值孔徑成正比。ASML最新的設備數值孔徑為0.55,被稱為高數值孔徑EUV。
在演講中,Benschop談到了正在研發中的下一代設備。它們的數值孔徑將達到0.75,在其他條件相同的情況下,其最小可印刷尺寸將縮小36%,約為5納米。更高的數值孔徑被稱為超高數值孔徑(hyper NA)。作為對比,過去的各種光刻技術最終都達到了大于1.0的數值孔徑,盡管最初的數值孔徑小于1.0。
據Benschop報道,ASML已著手推進這項技術的發展。例如,光學制造商蔡司設計了一種透鏡組件,其尺寸僅比0.55高數值孔徑(NA)工具中使用的透鏡略大。ASML計劃制造能夠容納超高NA或高NA透鏡組件的光刻工具。因此,超高NA透鏡可以直接替換現有透鏡。
Benschop承認,北美地區芯片尺寸增大的一大挑戰是景深減小。這意味著芯片上的圖像更容易模糊,從而影響芯片性能和良率。
Benschop表示,解決方案在于改進對焦控制。這需要對傳感器和其他掃描儀進行改進,或者使用更平坦的晶圓。
Benschop預測,超高通量核酸檢測技術的問題將會得到解決?!爱斝枰咄亢怂釞z測技術時,它將隨時可用。”他說。
在周二由IBM半導體首席圖形工程師Allen Gabor發表的題為“ IBM光刻路線圖:未來光刻工具和掩模的需求以及避免隨機缺陷的光刻膠要求”的演講中,探討了一種替代方案。他著眼于下一個波長,重點關注3.1納米。采用比當前波長短四倍的波長可以帶來諸多優勢。首先,達到特定分辨率所需的數值孔徑更小。因此,景深比使用更長波長時更大。
Gabor指出,重要的是,新的波長能夠對光學設計進行調整,并帶來其他方面的改進,與使用13.5納米波長光相比,可將線邊緣粗糙度降低20%。線邊緣粗糙度降低后,晶圓上的印刷線條更接近理想狀態。
這一點至關重要,因為晶圓上每一層圖案都必須與下方的圖案對齊。如果對準偏差過大,或者線條在特定位置發生偏移,則蝕刻穿過薄膜的孔可能會偏離預定結構,導致短路或開路。邊緣未對準還可能以其他方式導致器件故障。
Gabor表示,最大限度地減少邊緣定位誤差是決定波長的關鍵因素。事實上,在持續縮小特征尺寸的同時降低邊緣定位誤差,是IBM未來15年光刻技術路線圖的主要目標之一。
Gabor指出,完善光刻基礎設施仍有大量工作要做。此外,一些問題也必須解決。例如,目前能夠反射3.1納米波長光線的反射鏡反射率約為35%至40%。光刻設備在聚焦或引導光線時可能需要多少面反射鏡尚不清楚。
Gabor在演講后的問答環節中表示,反射鏡的數量在2到10面之間。如果一臺光刻設備使用5面反射率為35%的反射鏡,那么光源發出的光線將損失99.5%。
避免這個問題的方法是增加反射鏡的數量,減少鏡子的數量。在技術真正投入使用之前,這個問題以及其他一些問題都必須得到解決。