EUV曝光技術的開發(fā)變得越來越慢。最大原因在于EUV光源的輸出功率提高不上去（圖1）。處理速度（吞吐量）要達到量產(chǎn)時所需要的125枚/小時，需要將曝光裝置入光口（中間聚光點）的EUV光輸出功率提高至250W。而目前的輸出功率只有10～20W，與目標值存在一位數(shù)的差距。雖然也有報告稱瞬間輸出功率可以達到100W，但連續(xù)發(fā)光時間（爆發(fā)時間）較短，曝光所需要的平均輸出功率只有10～20W的水平（圖2）。


圖1 最大課題是提高EUV光源的輸出功率
EUV曝光技術的最大課題是提高光源的輸出功率。量產(chǎn)需要輸出功率達到250W，而目前的數(shù)值比其低一位數(shù)。（照片由阿斯麥提供，該圖由本雜志根據(jù)各種發(fā)布資料繪制）（點擊放大）

圖2 EUV光的輸出功率的思路示意圖
就算連續(xù)發(fā)光時間（爆發(fā)時間）僅為1ms時爆發(fā)輸出功率可達到100W，如果占空比為10％，平均輸出功率也只有10W（a）。量產(chǎn)時需要將爆發(fā)時間延長至相當于一次掃描時間的約400ms以上（b）。（該圖由本雜志根據(jù)西盟的資料繪制）（點擊放大）
EUV光的輸出功率在過去5年內(nèi)幾乎沒有增加。這是因為在提高EUV光的輸出功率之前，廠商為使光源穩(wěn)定工作而耗盡了精力。比如，阿斯麥（ASML）公司2010～2011年共出貨了6臺用來試制元件的EUV曝光裝置“NXE：3100”注1）。但是，因EUV光源無法穩(wěn)定工作，半導體廠商及研究機構(gòu)無法按計劃實施曝光實驗。

注1）估計供貨對象為英特爾、三星、臺積電、東芝、韓國SK海力士及比利時IMEC。

EUV光源難以穩(wěn)定工作的原因很多，比如，長時間使其產(chǎn)生EUV光的話，光源內(nèi)就會蓄積龐大的熱量，導致各種參數(shù)出現(xiàn)偏差。EUV光的輸出功率越高，這種問題就越嚴重。因此，EUV光源廠商最近幾年一直在大力開發(fā)能夠使其穩(wěn)定工作的技術。這樣一來，盡管EUV光源的輸出功率基本與原來持平，但使其穩(wěn)定工作的技術取得了切實進步。

目前，“每天可使100枚以上的晶圓穩(wěn)定曝光”（美國EUV光源廠商西盟）。以每天工作20小時計算，吞吐量相當于5枚/小時。雖然還遠遠達不到量產(chǎn)所需要的125枚/小時，但“光源不工作，曝光實驗無法按計劃進行”的情況正在改變。如果曝光實驗取得進展，光刻膠及掩模等的技術開發(fā)就會進步。

害怕“單獨失敗”的阿斯麥
研發(fā)EUV曝光技術的企業(yè)打算在最近1～2年內(nèi)大步加快技術開發(fā)。其原因是，如果EUV曝光技術的開發(fā)再拖延下去，就相當于自掘墳墓。導入技術的時間越晚，分辨率及吞吐量等EUV曝光技術所要求的門檻就會越高。在此期間，利用液浸ArF曝光技術的四重（Quad）圖形技術及電子束（EB）曝光技術等競爭技術的開發(fā)向前推進，并取代EUV曝光技術的可能性就會提高。因此，有意見稱，“如果2014～2016年不啟動EUV曝光技術，就會失去大顯身手的機會”（Gigaphoton公司EUV開發(fā)部部長助理岡崎信次）。

竭盡全力開發(fā)這種技術的是從事EUV曝光裝置業(yè)務的阿斯麥。該公司長期開發(fā)EUV曝光裝置并投入了大量資金。繼元件試制用裝置之后，該公司還打算2013年提供11臺，2014年提供4臺量產(chǎn)用EUV曝光裝置“NXE：3300B”。好像也有一家半導體廠商訂購多臺裝置的情況。目前阿斯麥正在制造或測試7臺NXE：3300B（圖3）。如果EUV曝光技術不成功，即便是世界第一大半導體制造裝置廠商阿斯麥，根基也有可能發(fā)生傾斜。另外，其他曝光裝置廠商實際上已停止開發(fā)EUV曝光技術，因此，如果EUV曝光技術無法啟動，就會變成阿斯麥的“單獨失敗”。


圖3 打算啟動EUV曝光技術的阿斯麥
阿斯麥計劃2013年出貨11臺量產(chǎn)用EUV曝光裝置，目前已有7臺正在制造或者測試。（該圖由本雜志根據(jù)阿斯麥的資料繪制）（點擊放大）
另一方面，主要EUV光源廠商因巨額開發(fā)資金帶來負擔，沒有多余精力加快開發(fā)速度。于是阿斯麥2012年10月決定收購全球最大的半導體曝光用光源廠商西盟。大多數(shù)觀點認為，“阿斯麥挽救了苦于EUV光源開發(fā)的西盟”（半導體業(yè)內(nèi)人士），也有人指出，英特爾決定向阿斯麥出資的意向起到了助推作用。阿斯麥打算通過收購西盟，加速開發(fā)最大的課題——EUV光源，無論如何也要啟動EUV曝光技術。

目標是2015年使EUV光的輸出功率達到250W
目前，EUV光源的開發(fā)正以兩種方式進行。分別為通過向錫（Sn）液滴照射高輸出功率的CO2激光使其產(chǎn)生EUV光的LPP（激光等離子體，laser-produced plasma）方式，以及通過在溶融錫附著的旋轉(zhuǎn)電極之間引發(fā)放電現(xiàn)象來產(chǎn)生EUV光的LDP（激光輔助放電等離子體，laser-assisted discharge plasma）方式。這些方式的原理都是使錫處于高能量等離子體狀態(tài)，使用聚光鏡將由此放射出來的EUV光聚集在一起（圖4）。


圖4 通過兩種方式開發(fā)EUV光源
LPP方式通過向錫液滴照射CO2激光來產(chǎn)生EUV光。而LDP方式通過錫附著的旋轉(zhuǎn)電極之間的放電來產(chǎn)生EUV光。目前，還看不出哪種方式更適合產(chǎn)生EUV光源，兩種方式的開發(fā)都在進行。（該圖由本雜志根據(jù)阿斯麥的資料繪制）（點擊放大）

阿斯麥決定收購的西盟采用LPP方式，迄今為止該公司一直走在實用化的最前列。這樣說的原因是，該公司目前已經(jīng)出貨了5臺元件試制用EUV曝光裝置使用的光源“HVM I”，并一直在客戶那里長期使用。雖然目前HVM I的輸出功率僅為9～13W，但曝光量（DOSE量）的不均減小到了±0.5％以內(nèi)，西盟一直致力于使光源穩(wěn)定工作的技術開發(fā)注2）。為了提高輸出功率，該公司打算今后分階段提高CO2激光的輸出功率，同時還會改善轉(zhuǎn)換為EUV光的效率，2015年使輸出功率達到量產(chǎn)所要求的250W（圖5）。


圖5 2015年將提高至250W
西盟計劃通過提高CO2激光的輸出功率及改善轉(zhuǎn)換效率，2015年使EUV光源輸出功率提高至250W。（該圖由本雜志根據(jù)西盟的資料繪制）（點擊放大）[!--empirenews.page--]
注2）EUV光源存在的問題是名為“碎片”（Debris）的高能量錫粒子等與聚光鏡撞擊并附著在上面，導致反射率逐漸降低。西盟公司采用了名為“氫氣Curtain”的方式，通過向光源裝置內(nèi)通入大量氫氣，使錫粒子與氫分子碰撞，從而減少與集光鏡的撞擊，延長聚光鏡的壽命。除了這種方式之外，最近該公司還宣布，通過利用可保護聚光鏡表面的封頂層，將聚光鏡的壽命延長到了4個月（450億個脈沖）。據(jù)該公司介紹，最終的目標是使其壽命延長至1年（1000億個脈沖）以上。

西盟為了提高轉(zhuǎn)換成EUV光的效率，采用了名為“預脈沖（Prepulse）”的技術。錫液滴的直徑約為30μm，而CO2激光的聚光點直徑約為100μm。因此，只有部分CO2激光照射到錫液滴上，轉(zhuǎn)換效率降低。于是，該公司利用名為預脈沖的弱CO2激光擊碎錫液滴，使其擴散為直徑100μm左右之后再照射標準的CO2激光。據(jù)西盟介紹，通過這種方法，可將目前1％左右的轉(zhuǎn)換效率提高至2～3％以上。

目前，西盟已成功使用預脈沖技術和15kW的CO2激光，使爆發(fā)輸出功率為50W、占空比為40％、平均輸出功率為20W的EUV光源連續(xù)工作5.5小時。量產(chǎn)用EUV曝光裝置使用的光源“HVM II”就采用了這種預脈沖技術。首臺HVM II已經(jīng)出貨，“目前正與阿斯麥的量產(chǎn)用EUV曝光裝置進行整合評估”（西盟EUV戰(zhàn)略營銷副總裁Nigel Farrar）。（記者：大下 淳一，木村 雅秀，日經(jīng)BP半導體調(diào)查）