先进的光刻技术带来材料挑战和解决方案

Gregory Denbeaux 在 2023 年高级光刻 + 图案化中关于 EUV 抗蚀剂化学随机学的演讲中的幻灯片。

两场演讲强调了先进光刻技术带来的挑战，并指出了能够以经济高效方式制造更高性能计算机芯片的解决方案。这两场演讲都是在 2023 年高级光刻 + 图案化会议的第二天进行的。

纽约州立大学理工学院（SUNY Polytechnic Institute）副教授格雷戈里·登博（Gregory Denbeaux）发表了第一次演讲，涵盖了一个日益主导EUV光刻的主题：随机学。在随机事件的驱动下，随机因子之所以出现，是因为在先进半导体制造的纳米级体积中，有可数数量的光子提供能量，也有同样可数的光敏分子吸收能量。

“你真的必须将这些系统视为离散的，”Denbeaux谈到半导体制造面临的这种量化现实时说。

晶圆上芯片的3D结构有数百万亿个这样的微小体积，因此不太可能发生的事件，比如只有几个或可能没有光子或分子存在，经常发生足以产生制造问题，例如桥接的线，不打开的孔或线边缘粗糙度。Denbeaux和他的团队研究这些EUV光刻随机。

由于他的研究，Denbeaux得出结论，线边缘粗糙度不是由于光子的数量从一个点到下一个点变化。“这主要是光刻胶随机，”他说。

问题之所以出现，是因为光刻胶中的不同分子会像油和水一样分离。这种偏析发生在将光刻胶施加到晶圆上之后。当溶剂蒸发时，不同的分子可以聚集在一起。这发生在抗蚀剂凝固成固体之前的干燥过程中。抗蚀剂干燥的时间越长，分子团块就越大。

Denbeaux概述了对隔离机制的各种调查，并指出研究揭示了许多使分离变得更糟的方法，但没有发现任何方法可以使其更好。他说，这一结果可能很有用，因为它提供了一种快速测试新抗蚀剂配方的方法，从而快速确定哪些是进一步研究和开发的最佳候选者。

杜邦电子与工业部技术奖得主李明琦（Mingqi Li）进行了下一次演讲，介绍了EUV光刻材料开发的挑战和机遇。他指出，高NA或0.55-NA，EUV可以产生比今天的0.33-NA EUV更小的特征，应该在2025年之前进入大批量生产。高数值孔径EUV带来了材料挑战。

李明琦主题演讲的幻灯片，内容涉及材料开发和理解中的挑战和机遇，以实现先进的光刻技术。

例如，几十年来，化学放大抗蚀剂一直是半导体光刻技术的主力。在这些抗蚀剂中，当分子吸收光子时，它会释放出微小的酸爆发。反过来，这种释放会触发附近其他分子的变化，从而化学放大光子的影响。

然而，当将概念扩展到高数值孔径EUV时，这种放大机制存在问题。释放的酸从吸收分子中排出，但这种扩散长度略有变化，这一微小差异在纳米级先进半导体制造的世界中显得很大。

“化学放大抗蚀剂中的酸扩散模糊是一个关键障碍，”李说。

金属氧化物抗蚀剂是化学放大抗蚀剂的可能替代品。新的抗蚀剂没有酸模糊，它们可以创建更小的特征。但它们容易出现随机振荡，导致粗糙和缺陷。它们也是负色调，这意味着它们在曝光时会产生光掩模的负片。因此，很难制作接触孔。

除了光刻胶之外，Li指出，对于高数值孔径EUV，研究人员需要表征金属，薄膜和聚合物，以确保小体积成分的均匀性。这些研究必须对最初制造的材料以及在制造过程中放置后进行。制造涉及热、光、机械应力和其他能量来源，这些能量可以在非常小的范围内改变成分，从而为 EUV 随机指标创造来源。

还有环境问题和可能的健康影响需要调查新材料。聚合物尤其存在一个问题，因为有成千上万种可能的分子组合。

“我们无法测试所有这些，”李指出。

因此，需要有一种快速的方法来评估竞争者，从而提供一种快速的方法，将材料清单筛选到那些值得进一步研究的材料，他补充说。更好的是提前预测毒性和其他特征的方法，进一步提高评估效率。目前，缺乏这种能力。

在演讲结束时，李指出他列出了许多挑战。然而，他仍然希望这些问题将得到解决。

“需要很多创新和突破，”他承认。“但我完全希望它们会发生。