EUV光刻機就位后仍需解決的材料問題

對于如今的半導體產業而言，EUV光刻機是打造下一代邏輯和DRAM工藝技術的關鍵所在，為了在未來的工藝軍備競賽中保持優勢，臺積電、三星和英特爾等廠商紛紛花重金購置EUV光刻機。

然而，當這些來自荷蘭造價上億的龐大機器到位并組裝好后，并不意味著EUV光刻機的生產工作完全準備就緒。隨著先進工藝晶圓制造中圖案化策略和分辨率重視程度的攀升，為了滿足這些需求，與EUV光刻技術相關的材料同樣需要納入考量，尤其是光刻膠和防護膜。

EUV光刻膠

大家最為熟知的一大光刻材料自然就是光刻膠了，光刻膠為晶圓生產帶來的不僅是高分辨率，同樣也是控制隨機缺陷的關鍵。極紫光透過光掩膜透明的部分在光刻膠上曝光，接著去掉曝光的光刻膠，蝕刻曝光的材料，最終去掉所有光刻膠留下光刻后的圖案，而我們常說的分辨率也就是光刻膠所能產生的最小尺寸了。

與此同時，在ASML看來，下一代高NA EUV光刻機為光刻膠再度帶來了挑戰，更少的隨機效應、更高的分辨率和更薄的厚度。首先傳統的正膠和負膠肯定是沒法用了，DUV光刻機上常用的化學放大光刻膠（CAR）也開始在5nm之后的分辨率和敏感度上出現瓶頸，所以光刻膠上的創新已經成了2023年/2024年后高NA EUV光刻機的必要條件。

2020年，泛林集團宣布在ASML和imec的戰略合作下，已經研究出了用于EUV光刻機圖案化的干式光刻膠技術，這種干式光刻膠技術可以顯著提高EUV的敏感度和分辨率優勢，而且其生產工藝耗能更少，所用的原材料也比傳統光刻膠工藝少上5到10倍，從而改善了每次處理EUV晶圓所需的總成本。近日，泛林集團宣布將與三菱化學旗下Gelest以及Entegris這兩大材料公司合作，共同推進EUV干式光刻膠的量產。

而imec和JSR這樣的廠商則選擇了在金屬氧化物光刻膠（MOR）上下注，在他們的研究評估中，MOR光刻膠擁有更好的圖案轉移能力，能夠實現更高的分辨率，并把光刻膠做得更薄。不過雖然這類光刻膠已經被一票光刻膠廠商、晶圓廠看好，但目前在量產上還是存在一些問題的，比如在制備過程中需要將金屬污染等級降低至傳統行業等級之下。

EUV防護膜

對于利用EUV光刻機制造芯片來說，其實EUV防護膜的使用并不是必要的，這個材料的存在更多是為了保證光掩膜的清潔。盡管如今龐大的EUV都被放置在遵循嚴格標準的無塵潔凈室里，基本杜絕了外部顆粒的污染，然而在EUV光刻機的曝光過程中，要想做到零顆粒是不可能的，依照ASML的說法，約摸1萬次曝光就會有一個雜質顆粒的出現。

部分廠商對此或許并不在意，比如三星就一直在推遲防護膜的使用，以至于最后干脆自己投資并開發EUV防護膜。因為這些雜質的存在或許會對良率產生一定影響，但如果為光掩膜貼上透射率不高的防護膜，那么就會吸收部分13.5nm波長的極紫光，屆時影響了的就是產量了。EUV光刻機開始普及使用的那段時期，恰好遇上了全球半導體產能短缺，自然保產量才是各大晶圓廠的首要目標。

不過如今產能情況逐漸轉好，EUV防護膜的開發與普及也是時候提上議程了。要想不對EUV光刻機的產能輸出造成太大的影響，晶圓廠都希望防護膜的透射率能做到90%以上。從去年開始，已經有一批企業打造出了90%透射率以上的防護膜了。比如Canatu打造的碳納米管EUV防護膜，就可以做到97%的透射率。
既然如此，這些晶圓廠已經早已經跟進了才對，為何防護膜至今仍然沒有受到臺積電、三星等廠商的青睞，難不成他們在等更低成本的方案不成？其實不然，光刻過程中還有一個問題也在影響EUV防護膜的普及，那就是材料壽命。

雖然這些防護膜已經實現了90%的透射率，但隨著新一代EUV光刻機的光源功率已經超過了250W，未來的高NA EUV光刻機的功率還將進一步提升，光源帶來的熱應力會破壞這些防護膜，所以在選擇防護膜的同時還得考慮耐熱性，否則不會有晶圓廠想要頻繁替換防護膜的。所以大部分防護膜廠商即便實現了90%以上的透射率，也還在推進具有可觀壽命防護膜的大規模量產，至于這些EUV防護膜的廣泛使用，還需要等待材料和工藝上后續創新。