在最近的 SPIE Advanced Lithography + Patterning Conference 上，来自 Intel 的 Mark Phillips 对 0.55 高数值孔径极紫外光刻技术的引进现状进行了有见地的更新。Mark 甚至断言高 NA EUV 的开发进展将支持 2025 年的生产部署。本文总结了 Mark 演讲的亮点，包括对 0.55NA 一代之后的预测。

具有 13.5nm 波长源的高数值孔径系统将提高亚 13nm 半间距曝光所需的分辨率，以及更大的图像对比度以实现更好的印刷线均匀性。（光学系统的分辨率与 NA 成反比。）高 NA EUV 光刻的分辨率通常被称为“13nm 到 8nm 半间距”。  

顺便说一句，Mark 描述了 2025 年向生产高 NA 光刻的过渡，如下面的 ASML 工具路线图所示。英特尔一直在积极与 ASML 合作，稍后将进行讨论。然而，Mark 并未涵盖 SemiWiki 阅读通常感兴趣的主题——例如，对 ASML 将发布的高 NA EX:5000 系统数量的预测、过渡到 0.55NA 的掩膜层数量等。

（上图中系统版本旁边的脚注表明，初始晶圆每小时规格可能从 20mJ/cm**2 (250W) 开始，随后扩展到 30mJ/cm**2 (500W)。）

马克首先回顾了 0.33NA EUV 技术的介绍。他讲述了 2014-2017 年第一代系统开发周期中实现目标源功率和可用性的困难。下图描绘了 2014 年第四季度至 2015 年第一季度期间的系统正常运行时间（蓝色）、停机时间（红色）和 4 周滚动平均值（绿色）。

晶圆成本评估反映了增加的工具成本、掩模成本和 0.33NA 过渡对吞吐量的影响。

“193i 的间距分割光刻（多图案）运行良好。”， Mark 指出。  “与 EUV 过渡相结合所需的光刻基础设施尚未完全可用。转向 0.33NA EUV 的令人信服的原因是间距划分对边缘放置误差(EPE) 的影响。  带有间距划分的叠加对齐复杂性显着增加。”   下图说明了 Mark 提到的掩模对齐依赖关系的示例，因为使用了越来越多的双图案掩模层。

Mark 表示，从成本分析的角度来看，在解决用单个 0.55NA 掩模替换双图案 0.33NA 层时，与早期用单个 0.55NA 掩模替换 193i 掩模时的成本权衡相比，从0.33 NA过渡到 0.55NA EUV 会更容易，如下图。（稍后将详细介绍 0.55NA 的“half-field printing”。）

EUV 光刻的讨论往往集中在 ASML 扫描仪上——然而，有一组丰富而复杂的相互依赖的技术需要伴随曝光系统的任何变化：

• 光刻胶

  • 剂量敏感性、粘度、涂层均匀性与厚度、可实现的分辨率以及对曝光时材料内光子/离子/电子相互作用的理解

• 掩模空白（blank）质量

  • 平整度、缺陷、热膨胀系数

• 图案掩模质量

  • 掩模吸收层的缺陷、反射率/消光

• 掩模缺陷检测技术——分辨率和吞吐量

薄膜(pellicles)

• • 透射率、均匀性、与暴露于高能照明的兼容性、薄膜贴附后缺陷检测

Mark 称赞了更大的光刻行业在所有这些领域取得的相应进展，并特别提到了检测计量系统供应商。他说，“到 2019 年，所有 0.33NA EUV 的基础设施系统都是‘绿色’的，尽管薄膜的传输、均匀性和功率弹性仍需要改进。”  

ASML 的下图说明了防护膜(pellicle)透光率与晶圆产量之间的直接关系，目标是在 2025 年实现“先进的防护膜材料”，提供 >94% 的透光率。

Mark 分享了即将到来的流程节点转换的目标：

• • 7nm节点：18nm半间距

  • 5nm节点：13nm HP

  • 3nm节点：10nm HP

然后，他回顾了 0.55NA 基础架构的各个方面。

• EUV EXE:5000 系统

“对下一代 EUV 扫描仪可用性的信心很高。这些系统利用了第一代 NX:3000 系列中的许多现有子系统”，Mark说。

下图显示了高 NA EUV 系统的新子系统（紫色），以及从当前系列移植的子系统。

“可以肯定的是，投影光学器件是一个关键的新模块。蔡司和 ASML 之间的合作开发进展顺利。”Mark说。（下一代系统中蔡司反射镜的规格非常惊人。）

至于必需的 EUV 光刻胶，Mark 表示化学放大光刻胶 (CAR) 和金属氧化物光刻胶仍处于积极开发阶段。  “还有几个优化参数仍在评估中，包括光刻胶类型、粘度、厚度和达到目标分辨率的能量剂量、显影光刻胶轮廓和线边缘均匀性。” , 马克表示。

下图显示了 0.55NA 光刻机实验在 20nm 旋转厚度下（使用 0.33NA 曝光）的 SEM 和原子力显微镜轮廓结果。

Mark 指出，从 0.33NA 工艺步骤的约 37.5nm 光刻胶厚度到 0.55NA 更薄的层需要详细注意抗蚀剂粘度和旋转工艺步骤。（较薄的光刻胶在抗蚀剂高度与宽度方面保持 2:1 的纵横比。请注意，对于较高 NA 光学系统，曝光的景深会降低，这是选择抗蚀剂厚度时的另一个考虑因素。另请注意，较薄的光刻胶抗蚀剂导致 SEM 图像收缩减少，需要持续开发以改进、高通量抗蚀剂计量。）

• 高数值孔径 EUV 掩模

0.55NA 系统采用了独特的创新光路。光场数值孔径的增加需要相应地改变掩模到硅片的曝光减少。投影光学系统利用各向异性缩小因子，即 x 维度缩小 4 倍，y 维度缩小 8 倍。（Mark 将这项创新的想法归功于 ASML 和蔡司。）然而，如下图所示，传统的 6 英寸掩模尺寸不支持“全光罩”26mm X 33mm 视场——8X demag y 范围超过面罩高度。

因此，每个高 NA EUV 层将有一个双“半场”掩模曝光序列。

Mark 表示 0.55NA EUV 掩模基础设施的其余部分将充分利用为 0.33NA 开发的现有技术。如下图所示，在生产路径中没有“展示障碍”。

顺便说一句，Mark 说：“与过渡到（环栅）RibbonFET 器件相关的计量挑战远远超过了与高 NA EUV 掩模检查和测量相关的挑战。”  

在 SPIE 高级光刻会议上的另一次演讲中，ASML 和 imec 表示他们正在荷兰 Veldhoven 建立一个高 NA EUV 系统原型设施，将于 2023 年上线。该实验室将允许进一步开发抗蚀剂和实验室合作伙伴的方法流程。

Mark 表示：“英特尔将继续与 ASML 密切合作，与该实验室的高 NA 研究人员合作。我们预计 2023 年底或 2024 年初在俄勒冈州安装试点工具系统，并于 2025 年投入生产。”

Mark以对未来高数值孔径发展的简短讨论结束了他的演讲，以获得更大的解决方案。（有人可能会争辩说摩尔定律的经济性质受到了胁迫，但肯定不是光刻特性。）

Mark 认为下一个目标可能是：

• 7NA

• 非整数掩模缩小光路（例如，y 维度上为 7.5X，x 维度上为 5X）

• 新的光罩材料和尺寸的出现

Mark 说：“我们需要一种热膨胀率极低的材料 (LTEM) 来制造掩模坯。我们将需要更好的吸收器。而且，我们将需要一个新的‘标准’掩膜尺寸。” 下图显示了如何应用 300 毫米圆形（775 微米厚的基板）。

“使用 300 毫米圆形掩膜将利用大量现有子系统经验来处理这些尺寸。” ，Mark建议。

英特尔正与 ASML 合作，在 2024 年实现早期高 NA 系统可用性，生产日期目标为 2025 年。由于重用扫描仪的 0.33NA 经验的显著影响，这些日期的置信度相对较高子系统对掩模计量和检测技术的重大成就。

Mark表示，尽管在选择用于高 NA 曝光的光刻胶和薄膜方面仍有重大进展，但新扫描仪中的光学系统是关键路径—— “应该如此”。

采用 0.55NA 光刻技术将实现亚 13nm 半间距关键尺寸，与英特尔超越 18A 节点的工艺路线图一致。