效率提升10倍！美国推动下一代EUV光刻技术发展

科技 2024-12-30 17:54 北京

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）综合

LLNL长期以来一直是EUV光刻技术的开发先驱。

位于加利福尼亚州的一家实验室将为极紫外（EUV）光刻技术的下一次发展奠定基础。该项目由劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 牵头，旨在推动 EUV 光刻技术的下一次发展，以实验室开发的驱动系统大孔径铥 (BAT) 激光器为中心。

据该实验室称，LLNL 牵头的项目将测试 BAT 激光器与当前行业标准二氧化碳 (CO2) 激光器相比，将 EUV 光源效率提高约 10 倍的能力。

LLNL 坚持认为，这可能促成下一代“超越 EUV”（BEUV）光刻系统的生产，从而生产出更小、更强大、制造速度更快、同时耗电量更少的芯片。

实验室进行了概念验证激光演示

LLNL 激光物理学家 Brendan Reagan 表示，该实验室在过去五年中进行了理论等离子体模拟和概念验证激光演示，为该项目奠定了基础。“我们的工作已经对 EUV 光刻界产生了相当大的影响，所以现在我们很高兴迈出下一步，”Reagan 补充道。

该实验室声称，EUV 光刻涉及高功率激光，每秒发射数万个锡液滴。激光将每个尺寸约为 30 百万分之一米的液滴加热到 50 万摄氏度，产生等离子体，产生波长为 13.5 纳米的紫外线。

现有 EUV 光刻源的能源效率

特殊的多层镜面引导光线穿过掩模板，这些板保存着用于半导体晶圆的集成电路的复杂图案。根据LLNL 的新闻稿，光线将图案投射到光刻胶层上，蚀刻掉光刻胶层以将集成电路留在芯片上。

该项目还旨在调查利用为新型拍瓦级 BAT 激光器开发的技术可以提高现有用于半导体生产的 EUV 光刻源的能源效率，该激光器使用掺铥的氟化钇锂 (Tm:YLF) 作为增益介质，通过该介质可以增加激光束的功率和强度。

科学家们计划进行一次演示，将紧凑型高重复率 BAT 激光器与使用整形纳秒脉冲产生 EUV 光源以及使用超短亚皮秒脉冲产生高能 x 射线和粒子的技术配对。

Williams 强调，该项目将在 LLNL 建立首个高功率、高重复率、约 2 微米的激光器。

这一进步预计将使半导体行业受益。Williams 强调，BAT 激光器的功能将影响 EUV 生成以外的领域，对高能量密度 (HED) 物理学和惯性聚变能产生重大影响。

LLNL 还坚持认为，半导体行业一直在竞相将尽可能多的集成电路和其他功能集成到一块芯片中，使每一代微处理器变得更小但更强大。过去几年，EUV 光刻技术占据了领先地位，因为它使用 EUV 光将小至几纳米的微电路蚀刻到先进的芯片和处理器上。

目前，最先进的EUV光刻技术已被应用于2nm制程节点的芯片量产，并且仍在持续优化中。为了不断逼近EUV光刻技术的理论分辨率极限，并确保光刻机具备可靠的系统性能，还需要继续深入研究如何有效管理提高光源功率所带来的热效应，同时开发边缘粗糙度更低且能保证特征尺寸精确控制与良好附着力的EUV光刻胶。此外，减少光源内部的碎片污染以延长收集镜的使用寿命，以及降低曝光过程中污染物附着在掩模上的概率，也是当前重要的研究课题。

在EUV光刻技术实现量产的同时，许多研发机构也在尝试研发更高效且成本相对较低的下一代光刻技术。

LLNL 长期以来一直是 EUV 光刻技术的开发先驱，包括为基于等离子体的 EUV 源奠定基础的早期光谱研究。

早在1988 年，LLNL 提出第一个 SXPL 系统，研究人员进一步制造组件和开发技术进行诊断验证。1989 年，Kinoshita 发表论文提出最佳 SXPL 曝光参数。

之后又在1994 年，美国国家 EUV 光刻计划出现，由 LLNL、SNL、劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）和 AT&T 贝尔实验室的研究人员组成，由 DOE 资助并由 DARPA、DOE 和行业代表的技术咨询小组指导。在此期间，美国的研究团队开始开发成像系统和第一款利用 EUV 技术的精确叠加工具，欧洲和日本的相关研究也在积极进行。

日前LLNL的研究人员还开发出一种新型的“高阶谐波”光源，能够产生更强大、更稳定的EUV光束。这项技术不仅有望大幅提高EUV光刻机的生产效率，还可能降低设备成本。更重要的是，它为其他企业进入EUV光刻机市场打开了大门。

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