美国可能很快会研发出新极紫外光刻材料，将制造更高密度芯片
01前沿导读
美国能源部9月30日介绍，劳伦斯伯克利国家实验室正与企业、其他国家实验室及大学合作，研发新一代极紫外光刻材料。这项工作的目标，是让芯片容纳更密集的结构。不过，公告没有给出新光刻胶的型号，也没有公布量产时间。“可能很快研发出来”，还不是实验室承诺的进度。
伯克利参与的工作，已经从光学延伸到材料内部的反应。由它牵头的高精度图形化科学中心CHiPPS，联合了斯坦福大学、康奈尔大学、阿贡国家实验室等六家机构，研究EUV照射怎样触发化学变化，以及显影时材料界面怎样作用。
光刻胶涂在晶圆上，接收曝光并留下图案。光学系统把图形投得再细，这层材料如果反应不均匀，图案仍可能出现缺口或粘连。研究人员既要让它对光足够敏感，又要让很小的区域按预期反应；多照一会儿或换一种配方，都得重新检查图形质量。
02曝光结束，问题还没结束
这类研究已经有了很具体的实验。比利时imec今年2月公布，团队在金属氧化物光刻胶的曝光后烘烤环节，调整氧气浓度，观察到了感光速度的变化。研究发生在晶圆离开曝光位置以后，并没有更换光刻机的光源。
一般工序中，晶圆在真空中曝光，随后被送到烘烤单元加热，再进入显影。imec研制的BEFORCE装置，把转运和烘烤环境与洁净室空气隔开，通过气体注入、混合系统控制环境，同时测量材料的感光表现。
研究人员把烘烤环境里的氧气浓度从空气中的约21%提高到50%，观察到感光速度提升15%至20%。模型材料和商业金属氧化物光刻胶都出现了这一趋势。这给降低所需曝光剂量提供了一个调整办法，但不能直接换算成整座晶圆厂增产同样的比例。
曝光剂量关系到设备要花多少时间完成曝光。材料需要的剂量降下来，就有机会提高处理晶圆的速度；与此同时，线条质量和缺陷还得达标。imec继续用红外光谱观察烘烤中的化学变化，追查氧气究竟怎样影响反应，而不是停在一次效果改善上。
03新材料在研发，现有材料也在向前走
到了9月8日，imec又公布了另一条路线的进展：联合材料供应商，使用化学放大型光刻胶，在高数值孔径EUV设备上完成单次曝光，展示了22纳米节距的线条图形，以及中心间距28纳米的通孔图形。这里的22纳米指图形节距，不能当成芯片制程名称。
这种光刻胶已经被半导体行业使用多年。团队没有直接把它淘汰，而是与供应商一起改进材料，并优化光刻、刻蚀的配合。imec图形化技术研发负责人Geert Vandenberghe强调的优势，恰恰包括它已有的稳定性和制造经验。
于是，材料研发出现了两种并行的工作：金属氧化物胶要继续弄清曝光和烘烤反应，现有化学放大胶则在新的光学条件下争取更细的图案。晶圆厂关心的是哪套组合能稳定工作，单有一项最小尺寸纪录，还不够决定生产线采用哪种材料。
伯克利这次公布的是下一代材料研究方向，imec则给出了不同路线的具体实验。它们还不能拼成“美国新材料即将量产”的结论。下一次值得跟进的进展，应当是新配方做出了什么图案、用了多少曝光剂量，以及重复制造时留下多少缺陷。