极紫外光刻技术，成为潜在的摩尔定律的救世主已经很久了。十几年前，路线图要求EUV于2011年到货。直到去年它才开始运行。
EUV源已达到半导体制造所需的200瓦级。然而，暴露的光致抗蚀剂的缺陷限制了当前7纳米节点的产量，并且未来的5和3纳米节点将面临更大的问题。现在，基于最先进激光器的新型实验室EUV源为开发人员提供了更高的空间和时间分辨率，以便他们理解并解决这些问题。
将光刻技术移至EUV波段意味着材料和光源都发生了巨大变化。新的13.5纳米EUV等离子体源取代了193纳米的紫外激光器。随着波长减小，光子能量增加，因此来自新激光驱动的等离子体EUV源的每个光子携带的能量是来自旧激光源的光子的14倍。更高能量的光子需要新的光刻胶材料，这是一个目前仍在研究中的具有挑战性的化学问题。新开发的光刻胶似乎存在随机缺陷，称为“随机打印故障”。这个问题已经成为EUV光刻技术的首要问题，比利时IMEC探索材料首席科学家John Petersen说。
“我们需要了解正在发生的事情的真实化学性质，”IMEC材料和分析小组主任Paul van der Heide说。为此，该公司与位于科罗拉多州博尔德的KMLabs合作，在比利时建立了一个高分辨率的EUV成像和超短脉冲实验室。彼得森和其他人在2月25日至28日在圣何塞举行的SPIE高级光刻会议上描述了该设施。
由KMLabs构建的系统通过将来自红外激光器的高功率脉冲聚焦到气体中来产生EUV脉冲，以产生激光的高次谐波。该过程产生的脉冲持续时间为皮秒（10－12）至阿秒（10－18），波长可在6.5和47纳米之间调节。可调波长和可调脉冲长度使得高次谐波源比用于曝光光致抗蚀剂的更亮等离子体源更好地进行测量。谐波产生还可以产生类似激光的EUV光，它可以提供非常高的分辨率，并且无需镜头即可成像－这是一个很大的优势，因为固态镜头无法聚焦EUV光。该结果是一个功能强大的测量工具这也可以执行其他测量，现在需要像同步加速器这样的大量来源。
高谐波输出足够亮，可在微米级区域进行高分辨率干涉成像，并具有低至8 nm的特性。它还可以观察材料中极快的分子动力学和电离过程，这对理解化学过程至关重要。许多材料供应商正在测试抗蚀剂下面的薄层沉积以改善其性能，但他们缺乏探测暴露层时发生的情况的方法。“我们可以通过这个实验室来探讨这一点，”彼得森说。
该设施还可以探测麻烦的随机抗蚀剂故障，提供可以帮助研究人员预防它们的数据。之后的下一步将是识别并试图修复其他产生噪声的麻烦效应，这些效应产生的噪声高于由单个EUV光子的高能量引起的不可避免的光子散射噪声。这种散粒底噪声可能会导致缩小到小于3 nm节点的几何尺寸。
但是，新的EUV系统有其自身的局限性。“我们是测量源，而不是制造光刻技术的来源，”KMLabs首席执行官Kevin Fahey说。对于芯片制造来说，光束太弱了，但它可以聚焦到足够明亮地照射微米级区域，以便进行亚波长分辨率的高分辨率干涉成像以测试抗蚀剂。
KMLabs联合创始人亨利卡普滕说：“使用高次谐波产生光刻并不是不可能的，但它需要重大的新发展，可能需要几十年的时间。”
