IMEC研发新型曝光后烘烤工艺，提速EUV设备并提升先进芯片产能

比利时微电子研究中心（imec）证实，在极紫外光刻（EUV）的曝光后烘烤（PEB）环节，将氧浓度提升至大气水平以上，可显著提高金属氧化物光刻胶（MOR）的感光速度。感光速度加快意味着光刻胶能以更低的 EUV 曝光剂量达到目标图形尺寸，这将直接提升 EUV 光刻机的产能，并降低曝光工序成本。此前，行业并未将曝光后烘烤腔室的气体成分作为 EUV 光刻的重要优化方向，因此该研究成果具有重要意义，但其产业化前景仍有待观察。

imec 的科研人员发现，在 EUV 曝光后烘烤环节，将氧浓度从空气环境中的 21% 提升至 50%，可使光刻胶感光速度提升 15% 至 20%，即金属氧化物光刻胶能以更低的 EUV 曝光剂量形成目标尺寸的图形。曝光剂量降低会缩短曝光时间，进而提升 EUV 光刻机的每小时产能，同时降低单晶圆、最终到单颗芯片的 EUV 曝光工序成本，不过这一成本下降预计不会对芯片最终产品的整体成本产生显著影响。imec 表示，这一性能提升效果，在实验性和商用金属氧化物光刻胶上均得到了验证。

金属氧化物光刻胶已成为先进制程技术的主流候选光刻胶，广泛适配低数值孔径（Low-NA）EUV 光刻，并将最终用于高数值孔径（High-NA）EUV 光刻。相比目前行业主流使用的化学放大光刻胶（CAR），金属氧化物光刻胶具备更高的分辨率、更低的线边缘粗糙度，且在剂量 - 尺寸调控上表现更优。其高分辨率和低线边缘粗糙度的特性，能直接提升高数值孔径 EUV 光刻系统在关键层最小图形上的图形转移能力。而 imec 此次的研究发现表明，可通过调控曝光后烘烤环节的环境条件，进一步强化金属氧化物光刻胶的性能。

图表注氧对模型及商用金属氧化物光刻胶 EUV 曝光剂量的影响

（数据显示，当氧浓度高于空气环境中的 21% 时，所需的 EUV 曝光剂量出现显著下降）（图片来源：imec）

需要注意的是，曝光后烘烤是整个光刻流程中最敏感的工序之一。该环节会激活并推动曝光过程中光子引发的化学反应，因此温度、升温速率、烘烤时间、环境气氛的微小变化，都会对图形关键尺寸（CD）、线边缘粗糙度（LER）和随机缺陷水平产生巨大影响 —— 同一种参数组合可能提升良率，另一种则可能成为良率杀手。因此，改变曝光后烘烤模块内的气体成分，不仅从半导体制造流程本身而言意义重大，还需综合考量材料长期稳定性、设备氧化、生产安全等诸多问题。

在标准的 EUV 量产环境中，晶圆先在真空环境中完成曝光，随后被传送至烘烤模块，在含 21% 氧的常规洁净室空气环境中进行烘烤。为开展本次实验，imec 研发了一款名为 BEFORCE 的专用设备，可将晶圆的传输和烘烤工序与晶圆厂的周边环境隔离开来。该系统集成了气体注入与混合功能，还内置了感光速度计量模块，研究人员可通过它调控腔室内的氧浓度，同时监测光刻胶的性能。而要将 imec 的这一研究成果落地应用，晶圆代工厂需要求设备商对曝光后烘烤设备进行改造，实现 BEFORCE 设备的同等功能。

BEFORCE 设备全称为：可控环境下用于光刻胶评估、集成傅里叶变换红外光谱与脱气测量的烘烤及 EUV 系统。

imec 高级研究员伊万・波朗蒂尔表示：“这只是 BEFORCE 设备带来的首个研究成果，通过调控气体成分，我们又多了一个研究手段，可深入探究环境因素对金属氧化物光刻胶光刻差异性的影响机理。设备制造商可将这一研究结论作为指导，对现有设备进行改造，从而提升 EUV 光刻的产能和工艺稳定性。”