極紫外(EUV)光源可以為(wei) 晶圓生產(chan) 提供幾十瓦功率是一個(ge) 重要的裏程碑，預計今年稍晚些時候可以開始大批量供貨。但對於(yu) 大規模生產(chan) 芯片，其性能還存在嚴(yan) 峻的挑戰。

　　回顧半導體(ti) 光刻曆史，248nm的KrF激光器光源代替了汞燈，隨後又開發了幾何尺寸更小的193nm ArF激光器，到2003年，EUV光源開始占據半導體(ti) 發展路線圖，如今十幾年過去了，EUV還沒有達到實際生產(chan) 的要求。但是，極紫外光源將在今後很長一段時間掌控半導體(ti) 光刻的未來。EUV光源遠比我們(men) 想象的具有技術挑戰性，致使半導體(ti) 光刻技術路線圖一直修改拖延，但值得肯定的是，2011年以來，隨著ASML建立完整的EUV光刻係統，加速了EUV發展。

　　ASML將在EUV光源方麵投資更多，包括收購主要光源供應商Cymer，在SPIE 先進光刻會(hui) 議2013上，Cymer報道了13.5nm波段EUV光源平均輸出功率達到40~55W，並且基於(yu) 這種技術開發出了新一代光源。但是輸出功率還沒有達到商業(ye) 生產(chan) 芯片的水平。

　　光刻技術及其要求

 　　光刻技術在電子學十幾年的進展中至關(guan) 重要，光源曝光塗在芯片表麵的光刻膠，曝光部分被刪除，根據定義(yi) 的特征刻蝕表麵，然後再其他層重複此過程建立集成電路。特征尺寸取決(jue) 於(yu) 光源波長、聚焦光學元件和光刻膠。

　　光刻光源被集成在光刻機或係統中，包括照明圖案掩模的光學係統和將反射光照在光刻膠表麵的光學元件。係統是非常巨大、複雜、昂貴的，經濟學要求光源發射足夠多的光曝光達到100晶圓/小時。

　　EUV光源

 　　EUV發射的錫等離子體(ti) 是由二氧化碳激光器輸出脈衝(chong) 轟擊熔融錫滴產(chan) 生的。Cymer和日本Gigaphoton公司采用的激光器技術，Xtreme技術公司采用激光束直接放電激勵。

　　Cymer已經生產(chan) 了10台3100EUV光源樣機，Q開關(guan) CO2主振蕩器/功率放大器(MOPA)，三級放大，工作重複頻率40~50kHz，每一個(ge) 脈衝(chong) 轟擊單個(ge) 錫滴，激光器的平均功率是15kW，去年就實現EUV平均輸出11W功率到光刻膠上，每小時曝光7片晶圓。

        在今年的SPIE先進光刻會(hui) 議上，Cymer報道通過將CO2激光器增加四級放大，在主脈衝(chong) 之前增加預脈衝(chong) 照射錫滴，使EUV光刻機光源輸出功率達到了40~55W。這一功率在長期照射過程中維持了一段時間，這種預脈衝(chong) 技術使得錫滴的尺寸由30μm放大到100μm，如圖6所示。

　　即將出產(chan) 的新型光源NXE3300增加了收集鏡的尺寸，可以將EUV輸出功率提高到70~75W，在Cymer製定的技術路線圖中，包括兩(liang) 個(ge) 版本的高功率光源，一個(ge) 是31kW的CO2激光器泵浦輸出125W，另外一個(ge) 是43kW激光器泵浦輸出250W功率。

　　在2013 SPIE會(hui) 議上，Gigaphoton報道了其開發的EUV光源平均輸出功率達到了10W，最大峰值功率達到20W。

　　光學元件及其他主要問題

 　　工作在EUV波段會(hui) 引起光學元件和功率傳(chuan) 輸的很多問題，錫等離子體(ti) 是向各個(ge) 方向散射的，收集鏡隻能管理朝光刻係統方向散射的光，因此透射性光學元件不能用於(yu) EUV光刻係統，所以光刻光源必須使用多層反射膜鏡麵。目前EUV光學元件已經相當成熟，鏡麵反射率接近於(yu) 理論最大值入射光的70%，然而，橢圓形的收集鏡的損耗是最大的，同時還必須保持濺射錫的清潔度。

　　損耗包括EUV光源照射掩模以及將掩模圖形投影到光刻膠上所需的光學元件，係統如圖6所示，使用10麵鏡子，如果每麵鏡子反射70%的入射光，隻有2.8%的原始功率剩餘(yu) 下來，而且這還沒有計算收集鏡、掩模的反射損耗、光刻膠沒有吸收光的損耗。這些損耗致使傳(chuan) 送到晶圓表麵的EUV平均功率達不到每小時生產(chan) 100片以上晶圓的生產(chan) 要求。

　　EUV還引發了一些其他技術問題，如其光子能量是193nm處的十倍以上，必須采用新型光刻膠，能量光子釋放的電子才能在材料中散開。隨著芯片尺寸的縮小，缺陷成為(wei) 日益嚴(yan) 重的問題。

其他光刻技術

　　EUV光刻技術的主要競爭(zheng) 者是193nm侵入式光刻係統，對此，大型公司都是保持雙向選擇，既延續193nm技術又探索EUV新技術。

　　另外一種候補光刻技術是定向自組裝，利用193nm光源產(chan) 生模板引導小型建築模塊自動組裝為(wei) 半導體(ti) 結構，在過去的幾年裏，這種技術已經取得了巨大的進步，這是繁殖193nm侵入式光刻技術的一種方式，當然要實現這種技術還需要很長一段時間，但其作為(wei) 光刻技術的候補技術有很大的吸引力。

　　然而，這種定向自組裝技術與(yu) EUV光源不存在競爭(zheng) 關(guan) 係，它隻是傳(chuan) 統光刻膠的替代品，而不能替代整套設備，它可以使用EUV光源或者193nm光源，從(cong) 底部向上為(wei) 自組裝結構提供從(cong) 上到下控製。

　　展望未來

 　　目前存在的問題使得光刻技術的未來變得複雜，半導體(ti) 行業(ye) 的不同部門又有著不同需求使得問題更加複雜化。其實最渴望EUV技術問世的是代工廠，他們(men) 不能控製其製造芯片的設計，因此單次曝光的EUV製造技術比多次曝光的193nm光刻技術就更有吸引力。

　　目前真正的重大突破應該是技術已經從(cong) 實驗室階段步入生產(chan) 車間，工程師將使用最新工具開發新工藝，並測試如何生產(chan) 下一代芯片。