光刻技術的未來發(fā)展路線圖

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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(fā)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(fā)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(zhí)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(yè)界已經不斷突破數值孔徑的極限。“我們預計這種情況會再次發(fā)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(fā)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(fā)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(qū)芯片尺寸增大的一大挑戰(zhàn)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。“當需要超高通量核酸檢測技術時，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(fā)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(yōu)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(tài)。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(fā)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(xù)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(huán)節(jié)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(fā)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。

（來源：編譯自SPIE）

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