比利時微電子研究中心（imec）證實，在極紫外光刻（EUV）的曝光后烘烤（PEB）環(huán)節(jié)，將氧濃度提升至大氣水平以上，可顯著提高金屬氧化物光刻膠（MOR）的感光速度。感光速度加快意味著光刻膠能以更低的 EUV 曝光劑量達到目標圖形尺寸，這將直接提升 EUV 光刻機的產(chǎn)能，并降低曝光工序成本。此前，行業(yè)并未將曝光后烘烤腔室的氣體成分作為 EUV 光刻的重要優(yōu)化方向，因此該研究成果具有重要意義，但其產(chǎn)業(yè)化前景仍有待觀察。

imec 的科研人員發(fā)現(xiàn)，在 EUV 曝光后烘烤環(huán)節(jié)，將氧濃度從空氣環(huán)境中的 21% 提升至 50%，可使光刻膠感光速度提升 15% 至 20%，即金屬氧化物光刻膠能以更低的 EUV 曝光劑量形成目標尺寸的圖形。曝光劑量降低會縮短曝光時間，進而提升 EUV 光刻機的每小時產(chǎn)能，同時降低單晶圓、最終到單顆芯片的 EUV 曝光工序成本，不過這一成本下降預計不會對芯片最終產(chǎn)品的整體成本產(chǎn)生顯著影響。imec 表示，這一性能提升效果，在實驗性和商用金屬氧化物光刻膠上均得到了驗證。

金屬氧化物光刻膠已成為先進制程技術的主流候選光刻膠，廣泛適配低數(shù)值孔徑（Low-NA）EUV 光刻，并將最終用于高數(shù)值孔徑（High-NA）EUV 光刻。相比目前行業(yè)主流使用的化學放大光刻膠（CAR），金屬氧化物光刻膠具備更高的分辨率、更低的線邊緣粗糙度，且在劑量 - 尺寸調(diào)控上表現(xiàn)更優(yōu)。其高分辨率和低線邊緣粗糙度的特性，能直接提升高數(shù)值孔徑 EUV 光刻系統(tǒng)在關鍵層最小圖形上的圖形轉(zhuǎn)移能力。而 imec 此次的研究發(fā)現(xiàn)表明，可通過調(diào)控曝光后烘烤環(huán)節(jié)的環(huán)境條件，進一步強化金屬氧化物光刻膠的性能。

圖表注氧對模型及商用金屬氧化物光刻膠 EUV 曝光劑量的影響

（數(shù)據(jù)顯示，當氧濃度高于空氣環(huán)境中的 21% 時，所需的 EUV 曝光劑量出現(xiàn)顯著下降）（圖片來源：imec）

需要注意的是，曝光后烘烤是整個光刻流程中最敏感的工序之一。該環(huán)節(jié)會激活并推動曝光過程中光子引發(fā)的化學反應，因此溫度、升溫速率、烘烤時間、環(huán)境氣氛的微小變化，都會對圖形關鍵尺寸（CD）、線邊緣粗糙度（LER）和隨機缺陷水平產(chǎn)生巨大影響 —— 同一種參數(shù)組合可能提升良率，另一種則可能成為良率殺手。因此，改變曝光后烘烤模塊內(nèi)的氣體成分，不僅從半導體制造流程本身而言意義重大，還需綜合考量材料長期穩(wěn)定性、設備氧化、生產(chǎn)安全等諸多問題。

在標準的 EUV 量產(chǎn)環(huán)境中，晶圓先在真空環(huán)境中完成曝光，隨后被傳送至烘烤模塊，在含 21% 氧的常規(guī)潔凈室空氣環(huán)境中進行烘烤。為開展本次實驗，imec 研發(fā)了一款名為 BEFORCE 的專用設備，可將晶圓的傳輸和烘烤工序與晶圓廠的周邊環(huán)境隔離開來。該系統(tǒng)集成了氣體注入與混合功能，還內(nèi)置了感光速度計量模塊，研究人員可通過它調(diào)控腔室內(nèi)的氧濃度，同時監(jiān)測光刻膠的性能。而要將 imec 的這一研究成果落地應用，晶圓代工廠需要求設備商對曝光后烘烤設備進行改造，實現(xiàn) BEFORCE 設備的同等功能。

BEFORCE 設備全稱為：可控環(huán)境下用于光刻膠評估、集成傅里葉變換紅外光譜與脫氣測量的烘烤及 EUV 系統(tǒng)。

imec 高級研究員伊萬?波朗蒂爾表示：“這只是 BEFORCE 設備帶來的首個研究成果，通過調(diào)控氣體成分，我們又多了一個研究手段，可深入探究環(huán)境因素對金屬氧化物光刻膠光刻差異性的影響機理。設備制造商可將這一研究結(jié)論作為指導，對現(xiàn)有設備進行改造，從而提升 EUV 光刻的產(chǎn)能和工藝穩(wěn)定性。”