EUV光刻技術(shù)相關(guān)的材料

對(duì)于如今的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)而言，EUV光刻機(jī)是打造下一代邏輯和DRAM工藝技術(shù)的關(guān)鍵所在，為了在未來(lái)的工藝軍備競(jìng)賽中保持優(yōu)勢(shì)，臺(tái)積電、三星和英特爾等廠商紛紛花重金購(gòu)置EUV光刻機(jī)。

然而，當(dāng)這些來(lái)自荷蘭造價(jià)上億的龐大機(jī)器到位并組裝好后，并不意味著EUV光刻機(jī)的生產(chǎn)工作完全準(zhǔn)備就緒。隨著先進(jìn)工藝晶圓制造中圖案化策略和分辨率重視程度的攀升，為了滿足這些需求，與EUV光刻技術(shù)相關(guān)的材料同樣需要納入考量，尤其是光刻膠和防護(hù)膜。

EUV光刻膠

大家最為熟知的一大光刻材料自然就是光刻膠了，光刻膠為晶圓生產(chǎn)帶來(lái)的不僅是高分辨率，同樣也是控制隨機(jī)缺陷的關(guān)鍵。極紫光透過(guò)光掩膜透明的部分在光刻膠上曝光，接著去掉曝光的光刻膠，蝕刻曝光的材料，最終去掉所有光刻膠留下光刻后的圖案，而我們常說(shuō)的分辨率也就是光刻膠所能產(chǎn)生的最小尺寸了。

與此同時(shí)，在ASML看來(lái)，下一代高NA EUV光刻機(jī)為光刻膠再度帶來(lái)了挑戰(zhàn)，更少的隨機(jī)效應(yīng)、更高的分辨率和更薄的厚度。首先傳統(tǒng)的正膠和負(fù)膠肯定是沒(méi)法用了，DUV光刻機(jī)上常用的化學(xué)放大光刻膠（CAR）也開(kāi)始在5nm之后的分辨率和敏感度上出現(xiàn)瓶頸，所以光刻膠上的創(chuàng)新已經(jīng)成了2023年/2024年后高NA EUV光刻機(jī)的必要條件。

2020年，泛林集團(tuán)宣布在ASML和imec的戰(zhàn)略合作下，已經(jīng)研究出了用于EUV光刻機(jī)圖案化的干式光刻膠技術(shù)，這種干式光刻膠技術(shù)可以顯著提高EUV的敏感度和分辨率優(yōu)勢(shì)，而且其生產(chǎn)工藝耗能更少，所用的原材料也比傳統(tǒng)光刻膠工藝少上5到10倍，從而改善了每次處理EUV晶圓所需的總成本。近日，泛林集團(tuán)宣布將與三菱化學(xué)旗下Gelest以及Entegris這兩大材料公司合作，共同推進(jìn)EUV干式光刻膠的量產(chǎn)。

線寬粗糙度增加下厚度減少的金屬氧化物光刻膠 / imec

而imec和JSR這樣的廠商則選擇了在金屬氧化物光刻膠（MOR）上下注，在他們的研究評(píng)估中，MOR光刻膠擁有更好的圖案轉(zhuǎn)移能力，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的分辨率，并把光刻膠做得更薄。不過(guò)雖然這類(lèi)光刻膠已經(jīng)被一票光刻膠廠商、晶圓廠看好，但目前在量產(chǎn)上還是存在一些問(wèn)題的，比如在制備過(guò)程中需要將金屬污染等級(jí)降低至傳統(tǒng)行業(yè)等級(jí)之下。

EUV防護(hù)膜

對(duì)于利用EUV光刻機(jī)制造芯片來(lái)說(shuō)，其實(shí)EUV防護(hù)膜的使用并不是必要的，這個(gè)材料的存在更多是為了保證光掩膜的清潔。盡管如今龐大的EUV都被放置在遵循嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)塵潔凈室里，基本杜絕了外部顆粒的污染，然而在EUV光刻機(jī)的曝光過(guò)程中，要想做到零顆粒是不可能的，依照ASML的說(shuō)法，約摸1萬(wàn)次曝光就會(huì)有一個(gè)雜質(zhì)顆粒的出現(xiàn)。

部分廠商對(duì)此或許并不在意，比如三星就一直在推遲防護(hù)膜的使用，以至于最后干脆自己投資并開(kāi)發(fā)EUV防護(hù)膜。因?yàn)檫@些雜質(zhì)的存在或許會(huì)對(duì)良率產(chǎn)生一定影響，但如果為光掩膜貼上透射率不高的防護(hù)膜，那么就會(huì)吸收部分13.5nm波長(zhǎng)的極紫光，屆時(shí)影響了的就是產(chǎn)量了。EUV光刻機(jī)開(kāi)始普及使用的那段時(shí)期，恰好遇上了全球半導(dǎo)體產(chǎn)能短缺，自然保產(chǎn)量才是各大晶圓廠的首要目標(biāo)。

不過(guò)如今產(chǎn)能情況逐漸轉(zhuǎn)好，EUV防護(hù)膜的開(kāi)發(fā)與普及也是時(shí)候提上議程了。要想不對(duì)EUV光刻機(jī)的產(chǎn)能輸出造成太大的影響，晶圓廠都希望防護(hù)膜的透射率能做到90%以上。從去年開(kāi)始，已經(jīng)有一批企業(yè)打造出了90%透射率以上的防護(hù)膜了。比如Canatu打造的碳納米管EUV防護(hù)膜，就可以做到97%的透射率。

既然如此，這些晶圓廠已經(jīng)早已經(jīng)跟進(jìn)了才對(duì)，為何防護(hù)膜至今仍然沒(méi)有受到臺(tái)積電、三星等廠商的青睞，難不成他們?cè)诘雀统杀镜姆桨覆怀?？其?shí)不然，光刻過(guò)程中還有一個(gè)問(wèn)題也在影響EUV防護(hù)膜的普及，那就是材料壽命。

雖然這些防護(hù)膜已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了90%的透射率，但隨著新一代EUV光刻機(jī)的光源功率已經(jīng)超過(guò)了250W，未來(lái)的高NA EUV光刻機(jī)的功率還將進(jìn)一步提升，光源帶來(lái)的熱應(yīng)力會(huì)破壞這些防護(hù)膜，所以在選擇防護(hù)膜的同時(shí)還得考慮耐熱性，否則不會(huì)有晶圓廠想要頻繁替換防護(hù)膜的。所以大部分防護(hù)膜廠商即便實(shí)現(xiàn)了90%以上的透射率，也還在推進(jìn)具有可觀壽命防護(hù)膜的大規(guī)模量產(chǎn)，至于這些EUV防護(hù)膜的廣泛使用，還需要等待材料和工藝上后續(xù)創(chuàng)新。

審核編輯 ：李倩