缩短波长可能扩展EUV蓝图？

 现在正是再次探讨缩短波长并了解其优缺点的时候了。我们不知道13.5nm和1nm之间的最佳选择，所以我将这种新技术选项称为Blue-X——其波长大约介于深蓝极紫外光(EUV)微影和X射线之间。

缩短波长是持续扩展光学微影技术的一种选择，着重在短于13.5nm波长的光源和光学元件，这些将在不久的未来实现这一技术。

升级至0.5的更高数值孔径(NA)，将必须付出十分昂贵的代价。不仅工具成本将倍增至2.35亿欧元，较大尺寸的扫描仪也需要更庞大的费用来打造更大规模的晶圆厂。

一旦采用高数值孔径作业，在考虑更高数值孔径带来更高成本的同时，也一并想到高数值孔径的多重曝光，这样可能更有意义。然而，缩短波长不仅能缩减数值孔径，从而有助于提高解析度，同时降低工具成本以及功耗要求。

以k1系数约0.3的单次曝光为例，在13.5nm波长时，0.33 NA达到12nm的解析度，而在0.5 NA时可提高到8nm。业界一度关注的波长为6.7nm，但由于我们无法解决其功率问题，使得该选项缺乏频宽而被放弃了。

相较于采用6.7nm波长，从0.33升级至更高NA有其优点：它让我们能保持相同的功率、多层(ML)和光罩等基础设施。毕竟，同时承担太多挑战并不是个好办法。

我们已经了解如何根据雷射驱动电浆(LPP)、光学元件、污染控制和光罩等方面调整功率了，接下来将能把这些学问应用于专为较短波长设计的扫描仪上。因此，我认为现在正是重新审视缩短波长选项的时候了。我建议我们在考虑其他技术选择的优点和缺点时，一路持续关注至1nm。

光源和光学挑战

过去，我们已经探索了11nm和6.6nm或6.7nm光源可能成为EUVL的较短波长了。氙(Xenon)可以提供11nm，而针对6.X-nm，鋱(Tb)和釓(Gd)则被视为LPP光源的材料源。

藉由增加目标材料的原子量Z，我们可以持续从LPP光源取得越来越短波长的光子。这些高Z材料并没有单一波长可发射，但有一组非常接近的未辨识转换阵列(UTA)波长。

总发射强度将对应于UTA的总振荡器强度，必须针对每一个可能的UTA评估其潜在的转换效率。

这是一个很有意思的领域，提供了几种有趣的功能，如晶片的K边缘、碳窗(carbon window)和水窗(water widow)。针对水窗(X射线波长范围在2.34-4.4nm之间)近期已经有许多关于显微镜应用的开发。

然而，在产生这种数百瓦较短波长光子方面存在若干挑战。最大的挑战之一在于驱动雷射所需的功率。针对6.X-nm，所需功率估计约为100kW，而13.5nm则需要~40kW。

我曾经见过65kW CO2雷射的设计，但由于功率要求很高，此时可能值得研究其他替代雷射技术了。俗称「星战计划」(Star Wars)的美国政府战略防御计划目前采用的是1微米100kW雷射。

另一个具有吸引力的选择是美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory；LLNL)的1.2微米雷射。它可以调整至300kW，同时保持小于CO2雷射的尺寸。

当然，我们还必须关注在1.2微米时的转换效率(CE)。1微米Nd:YAG固态雷射的CE低于10微米CO2的CE。因此，在我们确定100kW驱动雷射的最佳选择之前，必须先弄清楚几件事。

传输效率和光阻剂

为了保持与当今扫描仪类似的传输效率，我们将会需要类似于现有的功率和ML反射率。我怀疑如果我们牺牲一部份在这些区域缩短波长取得的增益，以缩短的波长来看，功率要求和数值孔径是否就能随之降低。

6.7nm的ML反射率可能会类似于13.5nm，因而其成为一个理想选择。而对于其他波长的ML，获得高反射率的挑战将十分困难。

在Blue-X区域探索的各种不同波长中，由于生物应用的前景，水窗(2.34-4.4nm波长)已经成为最主要的研究之一。例如OptiXfab最近展示用于水窗的ML收集器提升10倍性能，但反射率仍然不足30%，所以我们还有很长的路要走。

对于较短波长区域的ML，介面粗糙度似乎是提高反射率的限制之一。针对ML研究的新化学物质可望有助于我们将反射率提高到可接受的数值。

正如一位ML专家所说的，「我们喜欢有利的挑战……还记得我们在13.5nm达到的成果吧？」对此，我将满怀期待。让我们看看在拥有强大UTA下，较短波长可以为我们带来什么。

编译：Susan Hong

(参考原文：EUV Roadmap Needs Extension，by Vivek Bakshi, EUV Litho, Inc.）