2023光刻武艺前沿【4】：德国蔡司第二代EUV光学模块工程历程

编者按：EUV光刻机进入产业以前已往10个年初，现在第一代EUV光刻机以前成为最优秀芯片的消费平台，而估计2023年底第二代EUV光刻机即将下线。ASML的唯一EUV光刻光学需求商蔡司以前交付了第二代EUV光学模块。

我们以前回忆了2023年ASML的EUV光刻光源的最新历程，同时比力了ASML第一代EUV光刻机平台NXE（0.33NA光学）和第二代EUV光刻机平台EXE（0.55NA光学）的光源区别。

从下图可以看到，EXE平台包含光源产生器、引发激光器、晶圆利用台、晶圆台，都最大水平的承继了NXE平台；但是EXE平台的照明模块（Illuminator）和投影光学模块（Projection Opitcs）的改良则是最大的，接下去我们具体先容。

ASML第一代EUV光刻机平台NXE（0.33NA光学）和第二代EUV光刻机平台EXE（0.55NA光学）的主要区别

第二代EUV光学模块的计划

EXE平台接纳的是NA=0.55的光学，现在的计划图如下，可以看到现在的方案是EUV光从水平角度入射到照明体系。

第一个严重的改动，来自于掩模版（reticle）吸收来自照明体系的EUV光束的限定（下图红圈局部）。

在上一代0.33NA平台中，光学体系接纳的是4X/4X的缩放率，也就是在扫描朝向和垂直扫描朝向是等比例缩放（下图左侧）。此时的EUV在掩模版的入射角控制在6°。

但是在0.55NA平台中，假如接纳相反的EUV入射角，则入射光和出射光会产生堆叠（下图中部）；假如提高入射角，比如到9°，虽可以制止入射光和出射光的堆叠，但由于入射角太大，招致掩模版的暗影效应凸出而低落显影衬度（下图右侧）。

为了处理这个成绩，EUV光学工程师在十年条件出了非对称曲面方案：

在坚持EUV入射角6°的条件下，接纳4X/8X的缩放率，也就是在扫描朝向接纳8倍缩放、在垂直扫描朝向是4倍缩放。

这就是为何说第二代EUV光刻机的难度和繁复度要远超第一代EUV光刻机的缘故，它并非第一代EUV光刻机的简便提升，而是十年前就开头计划、制造的新体系。

为了完成以上的非对称曝光光学计划，掩模版是必要举行变形的，它的图形在扫描朝向必要拉伸2倍。EUV曝光时，先后完成2个半场扫描，这两个半场扫描拼接在一同构成一个全场图案。

半场扫描拼接是一项繁复的体系工程，它必要在~10纳米的标准对曝光图案举行拼接，因此是掩模需求商、盘算光学需求商、EUV光学体系需求商协同互助开发完成的。

固然在第二代EUV光刻机还没有造出来之前，ASML以前经过和IMEC的互助，在IMEC的第一代EUV光刻机NXE:3400上举行了拼接验证。下图是IMEC完成的36纳米线宽/线距的拼接，此中标志“stitch”的线条就是两个半视场曝光图形拼接线。

第二代EUV光学镜头的制造在几年前就开头了，镜头制造的基本流程和第一代光学体系相似，但是尺寸和精度都有大幅提升。

EUV光学镜头的制造流程

十年前，ASML和蔡司互助开头建立宏大的利用机器臂和计量体系，来为NA0.55体系的镜头提供高精度丈量。

EUV镜头利用机器臂

EUV镜头计量体系

大型非球面镜头经过多轮的面形精修和丈量才干完成。

EUV镜头计量体系

依据蔡司提供的材料，2023年Q1，以前有2套高NA 光学体系的全部镜头制造测试达标并且投入体系集成。

现在蔡司正在如火如荼地举行高NA EUV光学体系集成。

蔡司的高NA EUV光学组装

蔡司的高NA EUV光学体系组装

此中第一套高NA EUV光学体系以前完成组装并且交付给ASML了！

也就是说，下一代EUV光刻机的最繁复、最困难的局部以前在ASML的安卸车间了！

真是名副但是的十年造一镜啊！

这是位于德国的蔡司EUV光学工场，迩来正在建立新的车间用于高NA EUV光学体系的扩产。

因此，继2010年半导体进入EUV光刻年代之后，我们将在来年见证第二代EUV光刻2.0年代拉开序曲！