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作者：泛林集團 隨著(zhù)芯片制造商開(kāi)始轉向更先進(jìn)的技術(shù)節點(diǎn)，愈發(fā)精細的特征成為了棘手的難題。其中一個(gè)主要難點(diǎn)是將芯片設計轉到晶圓上的材料，因為當前的材料很快就無(wú)法滿(mǎn)足精細度要求。為了能及時(shí)滿(mǎn)足下一代器件的縮放要求，泛林集團推出了一項突破性的干膜光刻膠技術(shù)。要更好地了解該解決方案，我們需要首先了解圖形化工藝和當前使用的光刻膠，之后再探討該技術(shù)的潛在優(yōu)勢。 圖形化：創(chuàng )建芯片特征 高級芯片的制造可能需要經(jīng)歷數百個(gè)不同的步驟，因為其中的微觀(guān)特征需要一層層地構建。光刻是其中最重要的工藝步驟之一——整個(gè)半導體制造過(guò)程中，需要不斷的重復，再加上沉積和刻蝕，這些步驟將芯片的設計最終呈現在晶圓上。 
在光刻過(guò)程中，需要在晶圓上涂覆被稱(chēng)為光刻膠的光敏材料，然后利用光掩膜（包含透明和不透明區域的圖案）有選擇地讓部分光刻膠暴露在光下，之后就可以針對外露的部分進(jìn)行刻蝕，其他部分則仍受（正性）光刻膠覆蓋和保護。這樣的方法讓我們能夠在覆蓋光刻膠的晶圓上刻出想要的一組特征，其尺寸和密度則由原始的器件設計圖形決定。 芯片最小特征的尺寸和光刻過(guò)程中所用光的波長(cháng)成正比�；谶@一特性，波長(cháng)更小的極紫外(EUV)光刻系統能夠制造出比之前更精細的芯片特征，這一點(diǎn)類(lèi)似于智能手機的屏幕分辨率——像素越小，顯示精細度就越高。 光刻膠的作用 光刻膠又稱(chēng)光致抗蝕劑，在光刻工藝中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。優(yōu)質(zhì)的光刻膠需要具備高分辨率、靈敏度和較低的線(xiàn)邊緣粗糙度(LER)。 分辨率是指可生成膠膜的最小尺寸，它由光刻膠材料與入射光子發(fā)生反應的能力決定。 線(xiàn)邊緣粗糙度體現了最終特征與設計要求之間的差距；而LER數值為零時(shí)則代表溝槽壁達到了原子層級的完全垂直。 敏感度用來(lái)衡量創(chuàng )建特征所需的能量；光源強度越低，敏感度的要求就越高。 同時(shí)做好以上三個(gè)參數是很困難的，因為它們會(huì )相互影響，提升其中一個(gè)參數往往意味著(zhù)要犧牲至少另一個(gè)參數——即它們之間具有“RLS折衷關(guān)系”。為了更好地理解這種關(guān)系，我們首先需要了解光刻膠的工作原理。 CAR光刻膠的原理 除了主要的聚合物基體以外，如今的化學(xué)放大光刻膠還包含很多其他成分，包括吸收劑、光致酸產(chǎn)生劑(PAGs)以及控制粘度、粘附性和穩定性的添加劑。光子（一種非常微小的光粒子）觸及光刻膠時(shí)會(huì )引發(fā)改變材料結構的鏈式反應，使受反應影響的材料可溶性變高，隨后可通過(guò)顯影步驟將其移除。其中鏈式反應部分包括對初始光子的化學(xué)放大，指的是將光子轉換成幾個(gè)電子，并最終讓每個(gè)入射光子產(chǎn)生幾種光酸分子。采用了化學(xué)放大技術(shù)的材料就被稱(chēng)為化學(xué)放大光刻膠(CAR)。 CAR的優(yōu)勢在于，只需提高每個(gè)光子產(chǎn)生的光酸分子數量就可以提升光刻膠的敏感度。但是更多的光酸分子意味著(zhù)它們會(huì )愈發(fā)遠離原始光子的位置，導致圖像更加模糊、分辨率降低并提高線(xiàn)邊緣粗糙度。
雖然CAR在過(guò)去幾十年間有了長(cháng)足的進(jìn)步，但到了5nm節點(diǎn)之后該技術(shù)領(lǐng)域已面臨重大瓶頸，這就要求芯片制造商進(jìn)行設計調整、半導體制造廠(chǎng)采用多次光刻過(guò)程以滿(mǎn)足分辨率要求。為了能平衡EUV光刻技術(shù)的成本和設計難度，將其拓展至未來(lái)的工藝節點(diǎn)，我們需要一種創(chuàng )新的光刻膠解決方案。 干膜光刻膠解決方案 泛林集團與ASML和imec合作研發(fā)出了一種完全不同于旋轉涂膠的突破性光刻膠技術(shù)。通過(guò)使用氣相的反應前體，這種技術(shù)能夠制出均勻且一致的薄膜。 這項新的技術(shù)需要用干法沉積微小(<0.5nm)的金屬有機粒子，而這種方法具有多項優(yōu)勢。首先，現在的EUV光源波長(cháng)更短，產(chǎn)生的光子數量成倍減少，而這項新技術(shù)的重要特征就是可以通過(guò)高密度光敏粒子框架更加有效地捕獲光子。 此外，由于采用完全不同于CAR中鏈式反應的曝光機制，新技術(shù)的分辨率也更高。在國際光學(xué)工程學(xué)會(huì )(SPIE)的先進(jìn)光刻技術(shù)研討會(huì )上，我們展示了利用該技術(shù)在26nm間距上成功實(shí)現成像，最佳Z因子<1x10-8 mJ nm3。 干法沉積的一大特點(diǎn)是只需改變沉積和顯影時(shí)間就可以改變光刻膠厚度。相比之下，改變旋轉涂膠厚度的難度要大得多，因為它必然會(huì )涉及到粘度和表面粘附問(wèn)題，最終不得不做出影響光刻性能的妥協(xié)。使用干式方法，我們就可以同時(shí)優(yōu)化干膜厚度、光子吸收、轉移刻蝕和底層粘附，從而擺脫必須權衡線(xiàn)邊緣粗糙度、敏感度和缺陷/器件良率的難題。 除打破RLS折衷關(guān)系以外，干膜技術(shù)還有其他優(yōu)點(diǎn)。相對于旋轉光刻膠，該技術(shù)不受粘度、化學(xué)保質(zhì)期等限制因素的影響。由于不再需要添加用來(lái)控制粘附性或穩定性的添加劑，干法沉積獲得的材料純度更高，因此敏感度也更高，且重要的是非常適合之后的干法顯影工藝。
新的干法顯影工藝在經(jīng)過(guò)共同優(yōu)化后能夠最大限度減少線(xiàn)條和柱狀圖形塌陷。不受濕法工藝所固有的毛細作用力影響，干法顯影的無(wú)塌陷工藝窗口期明顯更長(cháng)。 泛林集團的干膜光刻膠和顯影技術(shù)能加速業(yè)界轉向滿(mǎn)足未來(lái)節點(diǎn)要求的EUV光刻應用，并且讓面向高級邏輯和內存器件的持續縮放成為可能。 |
