泛林集團(tuán)全新干膜光刻膠技術(shù)突破技術(shù)瓶頸，滿足下一代器件的縮放需求

隨著芯片制造商開始轉(zhuǎn)向更先進(jìn)的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，愈發(fā)精細(xì)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(shè)計(jì)轉(zhuǎn)到晶圓上的材料，因?yàn)楫?dāng)前的材料很快就無(wú)法滿足精細(xì)度要求。為了能及時(shí)滿足下一代器件的縮放要求，泛林集團(tuán)推出了一項(xiàng)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(dāng)前使用的光刻膠，之后再探討該技術(shù)的潛在優(yōu)勢(shì)。

圖形化：創(chuàng)建芯片特征

高級(jí)芯片的制造可能需要經(jīng)歷數(shù)百個(gè)不同的步驟，因?yàn)槠渲械奈⒂^特征需要一層層地構(gòu)建。光刻是其中最重要的工藝步驟之一——整個(gè)半導(dǎo)體制造過程中，需要不斷的重復(fù)，再加上沉積和刻蝕，這些步驟將芯片的設(shè)計(jì)最終呈現(xiàn)在晶圓上。

在光刻過程中，需要在晶圓上涂覆被稱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(qū)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(duì)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(hù)。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(shè)計(jì)圖形決定。

芯片最小特征的尺寸和光刻過程中所用光的波長(zhǎng)成正比。基于這一特性，波長(zhǎng)更小的極紫外(EUV)光刻系統(tǒng)能夠制造出比之前更精細(xì)的芯片特征，這一點(diǎn)類似于智能手機(jī)的屏幕分辨率——像素越小，顯示精細(xì)度就越高。

光刻膠的作用

光刻膠又稱光致抗蝕劑，在光刻工藝中發(fā)揮著關(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(yīng)的能力決定。

●   線邊緣粗糙度體現(xiàn)了最終特征與設(shè)計(jì)要求之間的差距；而LER數(shù)值為零時(shí)則代表溝槽壁達(dá)到了原子層級(jí)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(qiáng)度越低，敏感度的要求就越高。

同時(shí)做好以上三個(gè)參數(shù)是很困難的，因?yàn)樗鼈儠?huì)相互影響，提升其中一個(gè)參數(shù)往往意味著要犧牲至少另一個(gè)參數(shù)——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(wěn)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(jié)構(gòu)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，使受反應(yīng)影響的材料可溶性變高，隨后可通過顯影步驟將其移除。其中鏈?zhǔn)椒磻?yīng)部分包括對(duì)初始光子的化學(xué)放大，指的是將光子轉(zhuǎn)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)的材料就被稱為化學(xué)放大光刻膠(CAR)。

CAR的優(yōu)勢(shì)在于，只需提高每個(gè)光子產(chǎn)生的光酸分子數(shù)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它們會(huì)愈發(fā)遠(yuǎn)離原始光子的位置，導(dǎo)致圖像更加模糊、分辨率降低并提高線邊緣粗糙度。

雖然CAR在過去幾十年間有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但到了5nm節(jié)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(shè)計(jì)調(diào)整、半導(dǎo)體制造廠采用多次光刻過程以滿足分辨率要求。為了能平衡EUV光刻技術(shù)的成本和設(shè)計(jì)難度，將其拓展至未來(lái)的工藝節(jié)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(tuán)與ASML和imec合作研發(fā)出了一種完全不同于旋轉(zhuǎn)涂膠的突破性光刻膠技術(shù)。通過使用氣相的反應(yīng)前體，這種技術(shù)能夠制出均勻且一致的薄膜。

這項(xiàng)新的技術(shù)需要用干法沉積微小(<0.5nm)的金屬有機(jī)粒子，而這種方法具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。首先，現(xiàn)在的EUV光源波長(zhǎng)更短，產(chǎn)生的光子數(shù)量成倍減少，而這項(xiàng)新技術(shù)的重要特征就是可以通過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?zhǔn)椒磻?yīng)的曝光機(jī)制，新技術(shù)的分辨率也更高。在國(guó)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(xiàn)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(zhuǎn)涂膠厚度的難度要大得多，因?yàn)樗厝粫?huì)涉及到粘度和表面粘附問題，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(zhuǎn)移刻蝕和底層粘附，從而擺脫必須權(quán)衡線邊緣粗糙度、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(duì)于旋轉(zhuǎn)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(wěn)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)過共同優(yōu)化后能夠最大限度減少線條和柱狀圖形塌陷。不受濕法工藝所固有的毛細(xì)作用力影響，干法顯影的無(wú)塌陷工藝窗口期明顯更長(zhǎng)。

泛林集團(tuán)的干膜光刻膠和顯影技術(shù)能加速業(yè)界轉(zhuǎn)向滿足未來(lái)節(jié)點(diǎn)要求的EUV光刻應(yīng)用，并且讓面向高級(jí)邏輯和內(nèi)存器件的持續(xù)縮放成為可能。