極紫外（EUV）光刻新挑戰(zhàn)，除了光刻膠還有啥？

隨機變化需要新方法、新工具，以及不同公司之間的合作。

極紫外（EUV）光刻技術(shù)正在接近生產(chǎn)，但是隨機性變化——又稱為隨機效應(yīng)正在重新浮出水面，并為這項期待已久的技術(shù)帶來了更多的挑戰(zhàn)。

GlobalFoundries、英特爾、三星和臺積電希望將EUV光刻技術(shù)加入到7nm和5nm生產(chǎn)中。但就像以前一樣，EUV由幾部分組件組成，在芯片制造商能夠引入之前，它們必須整合在一起。包括光刻機、光源、光刻膠和掩膜。最近，行業(yè)已經(jīng)開始發(fā)布關(guān)于量子隨機效應(yīng)的警報，這種現(xiàn)象會引起光刻圖案隨機變化。

有些組件已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，而有些則發(fā)展緩慢。事實上，EUV團隊首次將光刻膠及其相關(guān)問題列為EUV的最大挑戰(zhàn)，超過了電源。經(jīng)過多年的推遲，EUV光源功率終于滿足了大批量生產(chǎn)（HVM）的要求。

光刻膠是用來制作圖案的光敏聚合物，它是造成隨機性效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)字?。根?jù)定義，隨機效應(yīng)描述了具有光量子隨機變化的事件。它們是不可預(yù)測的，沒有穩(wěn)定的模式。

在EUV的情況下，光子擊中光刻膠并引起光化學(xué)反應(yīng)。但是對于EUV光刻膠而言，由于量子非定域效應(yīng)，每個或多個反應(yīng)期間可能出現(xiàn)新的不同的反應(yīng)。因此EUV容易發(fā)生涉及隨機效應(yīng)。一般來說，該行業(yè)將隨機性主要歸咎于光刻膠，但EUV的光掩膜和其他部分(EUV光子平均自由程較大)也可能會出現(xiàn)隨機變量。

隨機效應(yīng)并不新鮮。事實上，這一現(xiàn)象多年來一直困擾著EUV團隊。眾所周知，隨機效應(yīng)會導(dǎo)致光刻圖案的變化。行業(yè)一直在努力解決這個問題，但人們要么低估了問題，要么沒能及時解決問題，要么兩者兼而有之。

新情況是，行業(yè)終于迎來了另一個問題。一顆先進的邏輯芯片集成了十億個甚至更多的微小通孔。 如果EUV光刻過程中出現(xiàn)問題，芯片可能會遭受由于隨機效應(yīng)引發(fā)的失效或缺陷(通孔缺失contact missing)。換言之，一顆芯片可能會因為一個觸點通孔的缺陷而失效。

這可能是一廂情愿的想法，但芯片制造商相信他們可以躲避7nm工藝節(jié)點潛在的由隨機性引發(fā)的缺陷。事實上，EUV可能出現(xiàn)在7nm工藝節(jié)點。但在5nm甚至是7nm工藝節(jié)點的情況下，芯片制造商可能無法避免這些和其他問題，除非行業(yè)出現(xiàn)一些新的突破。GlobalFoundries高級研究員兼高級技術(shù)研究總監(jiān)Harry Levinson表示：“公平地講，我們的行業(yè)非常樂觀地看待我們向EUV光刻前進的方向。我們正準(zhǔn)備將第一代引入到大批量生產(chǎn)中，展望第二代EUV光刻技術(shù)，抵抗隨機效應(yīng)絕對是最重要的問題之一?！?/p>

無論節(jié)點如何，EUV隨機效應(yīng)都為芯片制造商、晶圓廠工具供應(yīng)商和IC設(shè)計團體帶來了麻煩。西門子公司DFM項目總監(jiān)David Abercrombie表示：“從設(shè)計的角度來看，隨機效應(yīng)確實是隨機的，因為你無法預(yù)測變化的位置和數(shù)量。因此，沒有系統(tǒng)的方法可以說一個特定的布局特征應(yīng)該在這個區(qū)域還是在另一個區(qū)域中進行修改。換言之，除了避免的所有敏感特性的出現(xiàn)，將其轉(zhuǎn)化成傳統(tǒng)設(shè)計規(guī)則約束以外，完全沒有辦法在設(shè)計過程中補償隨機效應(yīng)影響?！?/p>

作為回應(yīng)，該行業(yè)正在采取措施解決一些問題。其中包括：

? 供應(yīng)商正在改進EUV光刻膠。

? Applied Materials和ASML正在開發(fā)一種新的電子束測量工具，承諾可以檢測出隨機性缺陷。此外，創(chuàng)業(yè)公司Fractilia已經(jīng)設(shè)計了一種方法來輔助測量。

? 然后，通過這些新的測量數(shù)據(jù)，芯片制造商請求有競爭力的晶圓廠工具供應(yīng)商進行合作，并一起對信息進行整合。