极紫外光刻

《极紫外光刻》是一本论述极紫外光刻技术的专著。本书全面而又精炼地介绍了极紫外光刻技术的各个方面及其发展历程，内容不仅涵盖极紫外光源、极紫外光刻曝光系统、极紫外掩模板、极紫外光刻胶、极紫外计算光刻等方面，而且还介绍了极紫外光刻生态系统的其他方面，如极紫外光刻工艺特点和工艺控制、极紫外光刻量测的特殊要求，以及对技术发展路径有着重要影响的极紫外光刻的成本分析等内容。最后本书还讨论了满足未来的芯片工艺节点要求的极紫外光刻技术发展方向。

哈利??杰??莱文森（Harry J.Levinson)，国际光学工程学会（SPIE）会士，HJL Lithography 的独立光刻顾问和首席光刻师，专注于光刻领域多年。曾在Sierra Semiconductor和IBM担任过职位。曾将光刻应用于许多不同的技术，包括双极存储器、64MB和256MB DRAM开发、专用集成电路芯片制造、磁记录薄膜磁头、闪存和先进逻辑芯片等。曾数年担任美国光刻技术工作组主席，参与制定了《国际半导体技术路线图》中有关光刻技术的章节。他是硅谷首批SVG-5倍步进式光刻机的用户之一，也是248nm、193nm和极紫外光刻的早期参与者；撰写的著作还有：《光刻工艺控制》《光刻原理》，拥有70多项美国专利。

1. 本书概况

极紫外光刻是光刻里最先进的技术，它是7nm及以下芯片制造的最核心的技术关键。本书综合地介绍了极紫外光刻技术相关联的各个重要方面及其发展历程，不仅论述了极紫外光源、极紫外光刻曝光系统、极紫外掩模板、极紫外光刻胶、极紫外计算光刻的技术内容，而且还讨论了极紫外光刻生态系统的其他重要方面。

2.本书特色

（1）本书是一本论述极紫外光刻技术的Z新的专著，有关极紫外光刻技术许多Z新的研发内容都有所介绍和讨论。

（2）目前尚没有一本中文版的有关极紫外光刻技术的专门论著或译著，对于从事芯片领域的从业技术人员，这是一本非常及时且内容丰富的参考书。

（3）本书从内容上看新颖又全面，从形式上看详实又精炼。

我在撰写《光刻原理》一书中有关EUV光刻的章节时曾面临这样的挑战∶一方面想保留较多EUV光刻的关键内容，另一方面又必须控制章节的长度，以保证该书能全面地涵盖光刻技术的所有主要方面。因此如果能有一本专门论述EUV光刻的著作会十分有用。尽管已经有几本论述EUV光刻技术诸多方面的书籍，但它们通常是多个专家分别对各个主题撰写章节，然后汇编成书。如果一本书里每一章节的论述都来自同一个视角，一个晶圆厂光刻工程师的视角，我认为那会非常有益。

使EUV光刻机达到量产化要求，需要在光刻技术有关的几乎各个方面进行大量的技术开发（也包括大量的基础研究），其中包括设备、光刻胶、掩模板、量测和计算方法等方面。本书对这些主题都有所讨论，但会着重论述EUV光刻技术在这些方面的独特之处。我们假设读者是熟悉光学光刻技术的，因为许多与EUV光刻相关的概念是从光学光刻技术演化而来并逐渐成熟的。

多年来，我很荣幸也很高兴在EUV光刻技术方面曾与众多杰出并充满激情的工程师和科学家合作，其中许多来自 AMD、AMTC和 GF 等公司，还有其他合作伙伴来自Sematech、EUV LLC、INVENT和IMEC等。此外，与光刻设备或材料供应商的工程师、经理和管理层的互动也让我受益匪浅。本书中的大部分内容来源于所列参考文献中出现的同事和合作伙伴。我希望这本书是对他们辛苦工作的回馈。

许多人为这本书提供了宝贵资料，有的通过他们发表的文章和书籍，有的专门为本书友情提供图表，特此感谢以下诸位提供并允许我使用他们的图表∶

Dr. Bruno La Fontaine of ASML（图1-1、图1-3）； Mr. Kevin Nguyen and Ms.Shannon Austin of SEMI（图1-7）；Mr. Athanassios Kaliudis and Mr. Florian Heinig of Trumpf GmbH（图2-4）；Dr.Torsten Feigl of optiX fab GmbH（图2-6）；Dr.Hakaru Mizoguchi of Gigaphoton，Inc.（图2-8）；Dr.Igor Fomenkov of ASML （图2-12）；Dr.Anthony Yen of ASML（图2-13、图4-25和图4-26）；Dr.Patrick Naulleau of Lawrence Berkeley National Laboratory（图2-14、图4-18）；Mr. Toru Fujinami and Mr. Sam Gunnell of Energetiq（图2-18）； Dr. Erik Hosler （图2-25、图2-28）；Dr. Winfried Kaiser of Carl Zeiss（图3-4、图3-5）；Dr.Yulu Chen of Synopsys，Inc.（图3-7）；Dr. Sudhar Raghunathan（图3-9）；Dr.Carlos A.Duran of Corning，Inc.（图3-11、图3-12）；Dr.David Trumper of MIT and Dr. Won-Jon Kim of Texas A&M University（图3-17）；Dr. Obert Wood （图4-6）；Dr. Uzodinma Okoroanyanwu of Univ. of Massachusetts（图4-22）；Mr.Preston Williamson of Entegris（图4-31）；Prof. Takahiro Kozawa of Osaka University（图5-1）；Prof.Takeo Watanabe of Hyogo University（图5-11）；Dr. Timothy Weidman of Lam Research， Inc.（图5-23）； Dr.Lieve Van Look of Imec （图6-13）；Dr.Peter De Bisschop of Imec（图6-18）；Dr.Jan Van Schoot of ASML（图7-5）；Dr.Yuya Kamei of Tokyo Electron Ltd.（图7-7）；Mr.Masashi Sunako of Lasertee USA，Inc.（图8-4）；Ms.Anna Tchikoulaeva of Lasertec USA，Inc.（图8-5）；Dr. Klaus Zahlten of Carl Zeiss SMT GmbH（图10-7）； and Dr. Vadim Vanine of ASML（图10-12）.

最后，我想感谢我的夫人劳瑞（Laurie），感谢她持久不变的耐心。

哈利·杰·莱文森

2020年8月

第1章 绪论

1.1 光刻技术的历史背景/1

1.2 光刻技术的组成部分 /3

1.3 材料考量和多层膜反射镜/4

1.4 一般性问题 /11

习题/12

参考文献/12

第2章 EUV光源

2.1 激光等离子体光源/15

2.2 放电等离子体光源/28

2.3 自由电子激光器/32

习题/36

参考文献/36

第3章 EUV光刻曝光系统

3.1 真空中的EUV光刻/40

3.2 照明系统 /45

3.3 投影系统/47

3.4 对准系统/52

3.5 工件台系统/53

3.6 聚焦系统 /54

习题/55

参考文献/56

第4章 EUV掩模

4.1 EUV掩模结构/60

4.2 多层膜和掩模基板缺陷/66

4.3 掩模平整度和粗糙度/71

4.4 EUV掩模制作/74

4.5 EUV掩模保护膜/75

4.6 EUV掩模放置盒/83

4.7 其他EUV掩模吸收层与掩模架构/85

习题/88

参考文献/88

第5章 EUV光刻胶

5.1 EUV化学放大光刻胶的曝光机制/95

5.2 EUV光刻中的随机效应/98

5.3 化学放大光刻胶的新概念/108

5.4 金属氧化物EUV光刻胶/110

5.5 断裂式光刻胶/111

5.6 真空沉积光刻胶/111

5.7 光刻胶衬底材料/113

习题/114

参考文献/115

第6章 EUV计算光刻

6.1 传统光学邻近校正的考量因素/121

6.2 EUV掩模的三维效应/125

6.3 光刻胶的物理机理/133

6.4 EUV光刻的成像优化/135

习题/138

参考文献/139

第7章 EUV光刻工艺控制

7.1 套刻/144

7.2 关键尺寸控制/149

7.3 良率 / 151

习题/155

参考文献/156

第8章 EUV光刻的量测

8.1 掩模基板缺陷检测/160

8.2 EUV掩模测评工具/163

8.3 量产掩模验收工具/165

8.4 材料测试工具/168

习题/169

参考文献/170

第9章 EUV光刻成本

9.1 晶圆成本 /173

9.2 掩模成本/181

习题/182

参考文献/182

第10章 未来的EUV光刻

10.1 k【能走多低/184

10.2 更高的数值孔径/186

10.3 更短的波长/193

10.4 EUV多重成形技术/194

10.5 EUV光刻的未来/195

习题/195

参考文献/196

索 引