極紫外光刻(EUVL)技術已經醞釀了超過四分之一個世紀，去年第一臺EUVL生產工具已經交付客戶，芯片制造商和供應商正在試生產線上日趨完善這項技術以備日后的大規模批量生產(HVM)。雖然許多技術和商業領域取得的卓越進展為EUVL進行大規模批量生產做好了準備，但是整個產業可以使EUVL進入真正的HVM階段還需要解決一些關鍵的技術和行業挑戰。
EUVL技術已經醞釀了超過四分之一個世紀，開拓性的工作發生在20世紀80年代的中后期，并在20世紀90年代致力于研發工作，最終出現了大批產業/國家實驗室合作開發(EUV LLC/VNL 項目)，首先驗證了所有的技術要素，數值孔徑為0.1的全視場樣機工具。美國半導體制造技術產業聯盟(SEMATECH)在20世紀90年代晚期開始EUV項目幫助實現EUVL基礎設施。頭幾年SEMATECH的EUVL基礎設施開發重點包括光學元件、光源、EUV抗蝕劑和EUV掩模開發。一旦光學元件和光源于21世紀早期得到了足夠的產業動力，SEMATECH 開始通過SEMATECH 抗蝕劑開發中心(RMDC)和SEMATECH 掩模基板開發中心(MBDC)全力開發EUV 抗蝕劑和掩模。到本世紀第一個十年的中期，商業供應商已經建立了全視場EUVL阿爾法工具，在2010 年開始向客戶交付測試曝光工具，2013年交付首臺產品工具。在21世紀初，EUVL的最初目標是利用100nm，隨后產生的問題是：我們現在終于越來越接近將EUVL引向大規模制造了嗎？
整個行業快速接近了國際半導體路線圖(ITRS)為MPU和DRAM概述的22nm半間距節點。由于EUVL目前不能滿足生產要求，領先的設備制造商決定利用多圖形193nm沉浸式光刻。然而，如果EUVL在不久的將來滿足了生產量和生產率的要求，公司就會借機通過在22nm半間距的選擇層內插入EUV實現成本節約，而不選擇更加昂貴的MP193i。一旦EUV光源滿足了生產要求，還有待觀察具體的技術挑戰，如光源組件壽命或有益掩模壽命是否會隨光源功率而擴大。截至今日，EUV 重點仍然是滿足生產要求的同時，掩模產量、缺陷檢查/審查基礎設施，以及保持使用過程無掩模缺陷，包括EUV防護解決方案，仍然是明確的第二優先級。
EUV光源現狀
EUV光源仍然是行業面臨的最困難的技術挑戰。目前還沒有哪家公司能夠為光源的可靠性和正常運行時間提供足夠高的光源功率和成熟的光源技術，即不能為EUV在大規模生產制造提供可靠穩定的光源。業界的目標是支持22nm節點的EUV HVM，在2014年中間焦點(IF)提供125W輸出，2015年提供250W輸出。為了實現這一目標，用于產生EUV輻射的CO2激光器的功率就要在測試版的15kW的基礎上翻兩倍，1064nm波長CO2到13.5nmEUV波長的轉換效率至少提高一倍達到~3%。而CO2激光驅動功率大于35kW的只有一個光源供應商，并且需要現場復制。用于調節錫靶的預脈沖技術對于優化轉換效率是很重要的，預脈沖將錫液滴優化到目標形狀填充泵浦激光器的聚焦光束束腰；預脈沖的波長可以與主脈沖的波長相同。根據不同的設置，預測最大的轉換效率可以達到6%。迄今報道的預脈沖系統的最高功率值是50W，最近報道的持續6分鐘的最高功率達到70W。
除了滿足原始光源功率的目標，光源還需要滿足HVM的可靠性和可用性要求。這就需要可以確保光學部件(如收集器、穩定CO2激光器聚焦控制和錫液滴穩定型)長壽命工作的碎片緩解系統。然而在期望的EUV光源功率水平上還沒有足夠的可利用現場數據來評估EUV光源的可靠性和可利用性將會面臨多大的技術挑戰，然而，已經表明導入背景氣體消除收集器上生長的錫可以使連續激光脈沖生成的沖擊波扭曲輸入錫液滴導致能量不穩定的液滴軌跡；這個問題也會隨著激光功率的增加變得更糟，而在同一時間需要更高的背景氣體壓力來減輕錫在收集器上的生長。
必須克服高功率EUV光源面臨的挑戰是很好理解的，而且目前投入了大量的資金來解決這些問題。然而，誰也不能保證這些目標就一定能實現或達到這些預期。過去十年的EUV光源功率預測和技術路線圖就證明了我們行業對于預測EUV光源性能發展是很離譜的。如果EUV HVM引入沒有發生在16nm節點，目前的工具數值孔徑0.33將不能提供足夠高的k1值，適用單圖層及以下節點。然而，無論是EUV雙層圖案還是高NA值EUV都要求較高光源功率(EUV雙層圖案比高NA值EUV稍低一點)，因此，從EUV光源角度來看，節點尺寸大于16nm半間距的HVM導入情況可能變得更糟。為了降低這種風險，業界應當推行兩種做法：a)對于<1kW的光源，盡量采用驅動電流電源技術，努力使它支持16/11nm節點半間距的EUV；b)對于>1kW的光源，執行應急方案，利用現有的知識/能力建立一個自由電子激光器(FEL)樣機。與此同時，我們必須開拓新的自由電子激光器的概念和技術，拓展這種技術規模使其更加實用。
展望
當考慮引入EUVL技術的情況下，我們需要考慮產品的具體要求來了解目前關鍵參數的狀態，如電源功率和掩模基板缺陷。下圖突出了行業的當前狀況，并顯示了開始使用EUVL的光源功率和掩模基板缺陷水平。圖1是一個簡化示意圖，但它表達了一個重要信息，邏輯制造商以及他們的代工企業是最有可能率先啟動EUVL的。在邏輯制造商之間，代工企業在他們目前的商業模式擴展多個圖案是很困難的，因為他們必須遷就所有客戶的設計空間，而一個獨立的設備制造商可以控制設計、技術和制造一系列過程，比代工廠可以進一步推動特定技術。
所有上述引發了一個問題：EUV到底要延遲多久？答案很簡單：不再延遲了。EUV最初是針對更大節點(21世紀初的70nm 特征尺寸)，現在是接近錯失的10nm節點。如果錯過了10nm節點，那么只剩下一個節點，目前的一代工具可以支撐使用單圖案：隨著目前0.33NA一代工具引入EUVL，7nm節點是最后的單圖案節點。對于更小的節點，人們必須考慮雙重圖案或者在采用雙圖案之前轉移到更高NA的一代極紫外光刻工具保持單圖案在兩個節點上。
盡早引入EUVL的推動因素是多圖案的高成本和復雜性。多圖案已經成為10nm節點的一個現實，大部分公司都可能在7nm節點采用多圖案方案，即使外觀看起來不美觀。將多重圖案在10nm或7nm節點的假設成本與今天EUVL 技術的預計成本相比較會遺漏一個重要的、有助于降低多重圖案成本的參數，即工程師的聰明才智會不斷改善方案，利用工具推動圖案成本降低，如定向自組裝(DSA)。因此，EUV技術需要把目標定在10nm節點生產上，盡快從相同的制造優先選項獲取利益，通過整個制造產業鏈來推動成本降低。如果EUVL沒有在10nm節點被領先優勢的制造商引入，EUVL將面臨在7nm節點引入的非常高的障礙。
EUVL降低了設計和工藝復雜程度，EUV HVM工具產生的第一幅印刷圖像展示了預期圖像質量，然而業內人士正在等待，看看客戶端的第一生產工具的可靠性數據和產量提高是否能達到預期。雖然在關鍵的掩模基礎設施挑戰上，如掩模基板無缺陷，取得了重要進展，設施的其他部分的挑戰仍然存在，如商用EUV防護解決方案，包括一個兼容的EUV掩模工具設備不會使用很多年。如今引入EUV制造主要是受到持續生產力挑戰的阻礙。關鍵的是這些生產率的挑戰很快就會解決，芯片制造者可以開始制造學習10nm節點并且在7nm節點插入技術。雖然目前EUVL被認為是能夠滿足半導體產業需求、顯著降低成本的唯一技術，但是如果在降低雙重圖案成本或者針對特定產品的競爭技術成為可能的情況下，上述圖表或許會發生變化。#p#分頁標題#e#
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