极紫外光刻的约束,从来都是「光子够不够」
被 CO2 激光两次击中的锡液滴,产生 13.5 nm 光的效率很低;而下游一切都在吸收它,因此光源功率决定晶圆产能。
极紫外光刻能够刻印出更长波长无法分辨的特征,而其工程难度集中在「产生并输送足够的 13.5 nm 光」上。
光是怎么产生的
锡液滴以很高速率被送入真空腔。每一滴先被一个预脉冲击中并压扁成盘状,以最大化耦合主脉冲的体积;随后被高能 CO2 激光脉冲击中,电离成等离子体。
该等离子体在很宽的光谱上辐射,其中只有 13.5 nm 附近的窄带可用。从激光能量到带内极紫外的转换效率只有百分之几。
这个过程以每秒数万滴的速率连续运行,每一滴都要在正确时刻被击中两次。时序与瞄准要求极为严苛。
为什么下游处处损失光
极紫外几乎被所有材料吸收,包括空气,因此整条光路都在真空中。没有透射式光学件——没有透镜——系统只能使用反射式多层膜反射镜。
每片反射镜的反射率最好也只有约 70%。光源到晶圆之间有十片反射镜的系统,只能传递光源所产生光量的一小部分;而掩模版本身也是反射式的,同样吸收掉自己那一份。
结果是:很大的光源功率只换来晶圆处不高的曝光剂量,而剂量决定曝光时间,曝光时间决定每小时晶圆数。
为什么光源功率是那个标志性数字
产能经济性主导着光刻。一台价格远超一亿美元的设备,必须每小时曝光足够多的晶圆才划算,而这个速率由交付到晶圆的极紫外功率决定。
光源功率通过预脉冲优化、液滴控制、收集镜寿命改进与 CO2 驱动激光功率提升而稳步上升。每一次增量都直接转化为晶圆产出。
收集镜问题
第一片反射镜靠近等离子体、负责收集辐射光。它暴露在锡碎屑、离子与热量之下,反射率在使用中不断劣化。收集镜寿命是一项主要运营成本,也是设备可用率的限制因素。
碎屑抑制——磁场、缓冲气流、牺牲层——是一项持续的工程努力;这也是那类问题之一:物理原理早在维护周期变得可接受之前很久就已解决。
本文由 LasersNews AI 编辑台撰写,并经人工编辑审阅。
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