比利時微電子研究中心（imec）於本周國際光學工程學會（SPIE）舉行的先進微影成形技術會議（2022 SPIE Advanced Lithography and Patterning Conference）上展示其High-NA微影技術的重大進展，包含顯影與蝕刻製程開發、新興光阻劑與塗底材料測試，以及量測與光罩技術優化。

高數值孔徑（high numerical aperture；high-NA）微影技術將是延續摩爾定律的關鍵，推動2奈米以下的電晶體微縮。imec致力於打造High-NA微影生態系統，持續籌備與EUV微影設備製造商ASML共同成立High-NA實驗室（the imec-ASML Joint High-NA Lab）。該實驗室將會聚焦全球首台0.55NA極紫外光（EUV）微影設備的原型機開發。

Imec執行長Luc Van den hove表示：「imec目前與ASML合作開發High-NA技術，ASML現在正在發展首台0.55NA EUV微影掃描設備EXE:5000系統的原型機。與現有的0.33NA EUV系統相比，High-NA EUV微影設備預計將能在減少曝光顯影次數的情況下，實現2nm以下邏輯晶片的關鍵特徵圖案化。」

他指出：「imec與全球微影生態系建立緊密的合作關係，以確保先進的光阻劑材料、光罩、量測技術、（變形鏡片）光學設計與顯影技術都能即時滿足市場需求，進而發揮High-NA EUV微影設備具備更高解析度的最大優勢。在今年SPIE先進微影技術會議上，我們發表了12篇有關High-NA EUV微影技術的論文，顯見為了建立生態系而做足了準備。」

製程與材料優化並進 減少圖案邊緣粗糙度與缺陷

為了建立首台High-NA EUV原型系統，imec持續提升當前0.33NA EUV微影技術的投影解析度，藉此預測光阻層塗佈薄化後的成像表現，以實現微縮化線寬、導線間距與接點的精密圖案轉移。

除了圖案變形的問題，imec指出，線邊緣粗糙度（line-edge roughness）是採用光阻薄膜設計時，用來定義導線與間距圖案的關鍵參數。同時，imec也提出減少微影圖案邊緣粗糙度的解決方案，例如調整曝光光源與光罩的製程條件。

此外，imec攜手材料供應商一同展示新興光阻劑（例如金屬氧化物）與塗底材料的測試結果，在High-NA製程中成功達到優異的成像品質。同時也提出新製程專用的顯影與蝕刻解決方案，以減少微影圖案的缺陷與隨機損壞。

滿足未來量產需求的量測解決方案：光阻薄膜設計與特徵尺寸微縮化

新一代的微影製程鎖定特徵尺寸的微縮化，例如把線寬縮短至10nm，以及光阻層的薄膜設計，將厚度降至20nm以下，這些發展趨勢帶給量測技術兩大挑戰。首先，量測人員必須面對臨界尺寸測量用的掃描式電子顯微鏡（CD-SEM）影像對比度會大幅下降的問題。再者，未來的成像特徵會微縮至10nm以下，這就牽涉了微影疊合（overlay）性能、線邊緣粗糙度與隨機圖案損壞的問題，量測工具的解析度因此必須進一步提升。

imec先進微影技術研究計畫（Advanced Patterning Program）主持人Kurt Ronse表示：「imec與合作夥伴採取了幾種不同策略來解決這些問題。結果顯示，針對現有量測工具的操作條件進行些微調整，影像對比度就可以大幅改善，在影像分析與缺陷分類方面，則能透過深度學習架構支援的專用軟體來強化性能。最後，imec與量測方案供應商密切合作，鎖定微縮化的元件特徵，探索具備可靠度的替代性量測方案，例如滿足量產應用的掃描探針量測技術，以及利用低加速電壓成像並具備校正像差能力的SEM技術。」

解決High-NA EUV光罩的技術痛點

針對22nm導線間距或線寬的微影應用，imec已經模擬了EUV光罩缺陷所帶來的影響，具體而言，包含多層光罩結構的側壁波紋缺陷，以及光吸收層的線邊緣粗糙現象。

Kurt Ronse說明：「從這項研究可以發現，光罩缺陷對最終投印在晶圓上的圖案成像影響逐漸加劇，也就是說，光罩的設計規則勢必要更嚴謹。這些研究成果也讓我們了解high-NA EUV微影製程所需的光罩規格。此外，透過與ASML和材料供應商合作，我們也針對負責定義圖案結構的光罩吸收層，開發了新興的材料與架構。」

針對光吸收層的材料測試，Kurt Ronse表示，imec首度採用低折射率材料（low-n）衰減式相位偏移光罩（attenuated phase shift mask）進行曝光，以評估其對導線、間距與穿孔圖形化的影響。結果顯示，採用低折射率吸收層材料的光罩，作為目前業界使用的鉭基（Ta）空白光罩的替代方案，可以提升圖案在晶圓上的3D成像品質，進而增加high-NA系統的聚焦景深（depth of focus）。」