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光刻机|EUV光刻的“致命弱点”( 二 )


换行符、缺失接触和接吻接触都被认为是随机效应引起的缺陷，另一个随机效应是线边缘粗糙度（LER） 。LER被定义为特征边缘与理想形状的偏差，不随特征大小而缩放，因此是有问题的 。
TEL的关键工艺工程师 Charlotte Cutler在一篇论文中说：“随着 ArFi 和极紫外光刻中线条关键尺寸减小，从这些线条测量的粗糙度的大小可能是图案线宽的很大一部分 。” DuPont 和 Fractilia 也为这项工作做出了贡献 。
许多人将随机缺陷归咎于光刻胶，但光刻胶并不是唯一的问题，另外，所有随机缺陷都是有问题的 。“例如，如果我们不能使我们的特性足够平滑，那么我们的晶体管就会有太多的漏电流，其性能就会很差，” Fractilia的Mack说 。
光刻机|EUV光刻的“致命弱点”
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图2：Fractilia:技术检测芯片中出现的缺陷 。来源：Fractilia
相比193nm光刻机，EUV光刻机随机缺陷更严重
随机性引起缺陷的根本原因可以追溯到EUV过程本身，该过程从晶圆厂下方的激光单元开始 。首先，激光脉冲被发射，然后进入晶圆厂EUV扫描仪 。
与此同时，扫描仪中，一个小装置高速滴落微小的锡滴，激光脉冲中微小的锡滴产生光子，光子在扫描仪内的几个镜子上反射，撞击晶圆上的抗蚀剂，化学放大抗蚀剂（CAR）和金属氧化物抗蚀剂是两种常见的EUV抗蚀剂类型 。
抗蚀剂有助于在芯片上形成所需的图案，尽管这是一个复杂的过程 。“在光刻中，晶圆片上涂有一种称为光刻胶的光敏材料，一些地方暴露光刻胶，一些地方不暴露，光透过掩模板，蚀刻掉暴露的区域，而覆盖的区域仍然受到保护（在正性光刻胶的情况下），最终得到特征图案，其尺寸和密度由原始光刻胶图案决定，将器件设计复制到晶圆上的薄膜上，” Lam Research副总裁 Richard Wise在博客中解释道 。
“当光子击中抗蚀剂时，会引发连锁反应，改变材料结构，使其更易溶解，以便在随后的显影步骤中被冲走 。光子被光刻胶吸收后产生电子，电子产生次级电子，次级电子集中光酸产生剂，产生光酸，但光刻胶经过烘烤后，光酸将通过材料进行扩散 。”
更复杂的是，基于能量与波长的基本关系：波长越小，光子能量越大，EUV单光子的能量是193nm波长单光子能量的14倍，因此光源总功率一定下，从光源发射出的光子数量则会减少，完成一次曝光所消耗的光子数目随之减少，在相同的曝光下，EUV的光子数量要少14倍 。
这相当于，假设您有20美元，可以是2000个便士币，同时也是80个面值为25美分的硬币，那么一个面值为25美分的硬币相当于一个便士币的25倍 。
光子也是如此，假设在一个插图中，便士币代表193nm的光子，而25美分的硬币代表EUV光子，便士币的光子数量更多 。
在光刻工艺中，其想法是产生尽可能多的光子 。理论上，这可以确保您以较少的变化在芯片上图案化所需特征 。“因此，光子数量越大，作为平均值的一部分变化就越小，”Fractilia 的 Mack 说 。“因此，光子数量越少，变化就越大，这就是所谓的光量子散射噪声 。”
基本上，193nm光刻扫描仪以更少的能量产生更多的光子 。相比之下，EUV产生的光子更少，这意味着该过程中存在更大的统计变化概率 。
在另一个例子中，假设一个芯片有许多微小的立方体区域 。“然后，您会看到该立方体中有多少光刻胶光敏部分的分子，以及该立方体中吸收了多少光子，”麦克说 。
理想情况下，光子将均匀地分散和被吸收在每个立方体区域中，但实际情况并非如此，假设48个EUV光子可能会被一个立方体吸收 。在下一个立方体中，可能会变成36个光子被吸收，这是一个随机变化 。
更加复杂的是，每个节点的特征尺寸都较小 。因此，您有一个更小的立方体区域，且光子的数量更少，这意味着更高的随机概率 。
那么这一切在晶圆厂中是如何进行的呢？前文所述，芯片制造商使用单一图案化方法在 7nm 处插入 EUV 。在单次图案化中，您将特征图案放在一个掩模上，然后使用单次光刻曝光将它们打印在晶圆上 。最初，芯片制造商希望使用剂量为 20 mJ/cm? 的EUV 抗蚀剂 。
【光刻机|EUV光刻的“致命弱点”】“剂量是光刻胶在光刻曝光系统曝光时所承受的能量（每单位面积），”麦克解释说 。
在较低剂量 (20mJ/cm?) 下，芯片制造商可以以高吞吐量打印精细特征 。但是较低的剂量也意味着更少的光子，以及更高的随机概率 。


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