光学光刻技术

光学光刻是一种基于光子的技术，包括将图像投射或阴影投射到涂在所选基底上的光致抗蚀剂中。在光学光刻领域中，在波长和光学配置两方面都存在广泛的实现多样性。波长范围从传统的可见光和紫外线到极紫外(EUV)甚至软x光。光学配置范围从最简单的直接阴影投射到复杂的多元件折射和/或反射成像系统。此外，衍射系统可用于干涉和扫描探针光刻等应用。

虽然只是光学光刻的延伸，但EUV光刻也有自己的一系列挑战。首先，在EUV波长范围内获得高反射率并非易事。EUV光刻技术的发展得益于高反射率近垂直入射布拉格涂层的发明，该涂层允许制造具有合理吞吐量的高NA EUV光学器件。一种这样的涂层是钼-硅多层，其提供接近13.5纳米的峰值反射率。它通常由40个双层组成，双层厚度约为7纳米。这种涂层现在是所有EUV光刻光学器件的基础。尽管在这一领域取得了巨大的进步，允许在常规基础上实现接近理论极限的反射率，但理论极限仅为70%。这种相对较低的反射率对可用于从光源向掩模传输和整形光的照明器以及成像光学器件本身的反射镜的数量有很大的限制。如果还考虑到带宽的减少，可以发现随着镜像的增加，工具的有效吞吐量会更快地缩减。

除了限制光学设计之外，吞吐量问题对源功率提出了更高的要求，源功率一直被视为EUV面临的最大挑战。当前的光刻工具使用高功率准分子激光器，然而，从用于曝光工具的角度来看，将激光技术直接缩放到EUV波长是不可行的。基于激光产生的等离子体的大批量生产EUV光源。EUV能源不仅必须产生高功率，而且必须以清洁的方式进行，这使得碎片减缓成为能源的另一个关键问题。高功率EUV源通常会产生大量高能碎片。

因为EUV光被包括大气在内的所有物质强烈吸收，EUV系统在高真空下运行。此外，真空的纯度也是至关重要的，因为EUV光子的高能量具有离解分子的能力，从而导致光学表面的污染和随后的损耗。一个常见的潜在污染源是真空中残留的碳氢化合物。被EUV辐射分解的碳氢化合物具有很高的活性，并导致碳在多层表面上生长。1%的反射率损失只需要0.8纳米的碳生长。对于总共有九个多层反射的系统，这种污染将导致10%的吞吐量损失。然而，碳污染通常被认为是一个可逆的过程。多层氧化是另一个潜在的问题。当含氧分子，例如水，通过光电发射分裂成自由基，导致多层表面氧化和反射率损失时，就会发生这种情况。氧化比碳增长更受关注，因为它的逆转要复杂得多。

如上所述，在EUV光刻中，掩模也必须是反射性的。这种反射结构给掩模带来的最大挑战是多层堆叠下面或内部可能嵌入缺陷。如果这些嵌入缺陷导致3纳米甚至更小数量级的表面压痕，它们将作为强相移缺陷，对印刷图像具有潜在的相当大的影响。此类缺陷的检测、缓解和修复是EUV光刻商业化面临的关键工程挑战。