如何生成小于1微米的結(jié)構(gòu)？怎樣才能毫不費(fèi)力地生產(chǎn)小于100納米的小型結(jié)構(gòu)？當(dāng)前，弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（Fraunhofer ILT）的科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出多種技術(shù)來應(yīng)對(duì)此類問題。通過這些技術(shù)方法，他們可以模擬、產(chǎn)生和測(cè)量周期性微觀結(jié)構(gòu)。他們使用相移傳輸掩�？捎行�生產(chǎn)出28nm的結(jié)構(gòu)。

在過去50多年來，集成電路上的晶體管密度大約每兩年會(huì)翻一番。微光刻技術(shù)的問世，讓摩爾定律延續(xù)至今。它背后的技術(shù)進(jìn)步是巨大的。但是，與此同時(shí)，生產(chǎn)最小結(jié)構(gòu)所需的系統(tǒng)設(shè)備也變得十分龐大。最新一代微光刻系統(tǒng)的成本超過1億美元，設(shè)備重量達(dá)180噸。

“為了應(yīng)對(duì)這一趨勢(shì)，我們正在開發(fā)生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的技術(shù)，并且能讓初創(chuàng)企業(yè)或中型公司也可以承擔(dān)得起。”弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所EUV和DUV技術(shù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Serhiy Danylyuk博士說表示。

用深紫外激光對(duì)制造表面亞微米結(jié)構(gòu)

研究人員的基本思路是通過相干輻射的干涉效應(yīng)生成周期性結(jié)構(gòu)，如消色差塔爾博特效應(yīng)。在近場(chǎng)中，即在掩膜后小于500µm處會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)度分布，利用該強(qiáng)度分布可產(chǎn)生微光刻結(jié)構(gòu)。

使用波長為248nm的KrF準(zhǔn)分子激光，弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所的科學(xué)家可以生成周期為數(shù)百納米的結(jié)構(gòu)。他們使用相干公司的LEAP150K激光系統(tǒng)對(duì)此進(jìn)行了測(cè)試，該系統(tǒng)安裝在研究所的準(zhǔn)分子實(shí)驗(yàn)室中。

在光刻膠中，600nm的周期可生成180nm的線寬。在250mJ/cm²的較高能量下，玻璃上的硅可以以相似的尺寸燒蝕。此外，該技術(shù)非常適合于300nm規(guī)模的PET塑料表面燒蝕。

■在Fraunhofer ILT，已建立了EUV實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)來處理直徑最大為100mm的晶片

基于放電的EUV光源，用于小于100 nm結(jié)構(gòu)的制造

該原理還適用于極紫外（EUV）中的波長。為此，研究所的科學(xué)家開發(fā)了獨(dú)特的光束源——FS5440。該光源基于氣體放電，可以產(chǎn)生13.5nm波長所需的輻射。它比大型工業(yè)設(shè)備中使用的基于激光的EUV光源還要緊湊得多。并且，對(duì)于納米結(jié)構(gòu)生產(chǎn)或測(cè)量的許多應(yīng)用而言，F(xiàn)S5440的性能綽綽有余。

配備頻譜監(jiān)控器的EUV光源，可以在13.5nm處以±1%的帶寬產(chǎn)生高達(dá)40W的功率。掩模平面中的可用強(qiáng)度大于0.1mW/cm²。因此，科學(xué)家在研究所的工廠就能處理直徑最大為100mm的晶圓。在測(cè)試中，使用消色差塔爾博特效應(yīng)產(chǎn)生了尺寸為28nm（半節(jié)距）的結(jié)構(gòu)。這是目前緊湊型EUV系統(tǒng)取得的最新世界紀(jì)錄。將來，結(jié)構(gòu)的分別率將進(jìn)一步提升至10nm。

■納米結(jié)構(gòu)具有300nm（左DUV）和28nm（右EUV）半節(jié)距（HP），這是世界上最小的結(jié)構(gòu)，通過Fraunhofer ILT實(shí)驗(yàn)室的EUV源生成

專注于中型企業(yè)

周期性納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛。例如，它們非常適合測(cè)試EUV范圍內(nèi)的新抗蝕劑。研究所開發(fā)的技術(shù)還可以使用計(jì)算機(jī)輔助光刻方法創(chuàng)建復(fù)雜的幾何形狀和結(jié)構(gòu)。例如，科學(xué)家在用于大功率激光器的寬帶反射鏡或用于特殊等離子體結(jié)構(gòu)的納米天線上，構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)涂層。

“弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所專家們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)，提供完整的工藝鏈非常重要，”項(xiàng)目經(jīng)理Danylyuk談到，“因此，我們?cè)趦?nèi)部建立了許多必需的過程，包括光學(xué)模擬、掩模生產(chǎn)以及表面和薄層的質(zhì)量和成分測(cè)量。這樣就可以用合理的投資成本為初創(chuàng)企業(yè)或感興趣的中型公司，提供這種尖端技術(shù)的訪問權(quán)限。

■Fraunhofer ILT的EUV源可在13.5nm（±1％帶寬）下提供40W功率