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高数值孔径EUV光刻被广泛视为EUV光刻的下一代发展方向。

从理论上讲，将数值孔径（NA）从 0.33 提高到 0.55，绝对最小半间距就会减少 40%，从 10 纳米减少到 6 纳米。然而，对于极紫外系统，我们需要认识到极紫外光（由光子组成）具有电离性，即在吸收材料中释放光电子。一个 92 eV 的极紫外光子一旦被吸收，就会产生一个约 70-80 eV 的光电子，逐渐沉积原始光子的大部分能量。最终迁移的光电子密度取代了原本存在于极紫外光子密度中的图像信息。所有光电子最终到达特定能量截止点的位置，决定了最小抗蚀剂曝光与最大抗蚀剂曝光之间的差异。我们还需要添加光子吸收随机性所产生的光电子数随机性。粗糙度的随机效应会导致边缘粗糙、不可预测的边缘位置偏移，甚至缺陷。综合考虑所有这些因素，就需要重新审视超紫外光刻的实际实用分辨率。

到达芯片的极紫外光由两部分组成，一部分是平行于入射面（TM）的偏振光，另一部分是垂直于入射面（TE）的偏振光。光电子主要沿偏振方向发射。纯粹的非偏振光应该是 50-50% 的混合物，但我们可能会有一些偏差，因为 EUV 系统中的反射镜可能会在布儒斯特角附近反射。关于所成像的线，沿 TE 偏振的光电子沿线移动，而沿 TM 偏振的光电子则垂直于线移动。只有后者会降低成像质量。横向移动的光电子会有效地移动图像。图 1 显示了光电子移动到 3 eV 截止点一定距离的相对概率。该截止点与曝光和显影后的抗蚀剂厚度损失相对应。

图 1. 3 eV 能量截止时一种开源抗蚀剂的 EUV 光电子移动距离的概率密度。

特定点的抗蚀剂曝光将受到来自特定距离的光电子的影响，该距离的加权概率密度仅适用于 TM 情况。TE 部分不受光电子沿线移动的影响。

先前的研究发现，当间距减小到 40 nm 以下时，归一化图像对数斜率（NILS）所表示的图像对比度会因光电子扩散而降低。作为参考，图 2 展示了间距为 40 纳米时的光电子扩散情况。吸收的光子剂量会受到射击噪声的影响，而射击噪声会直接影响产生的光电子数量。在 5 mJ/cm2 时，40 nm 厚的有机化学放大抗蚀剂（CAR）吸收的光子剂量大约为 30 mJ/cm2，名义上未曝光区域被光电子穿透，可能印刷出缺陷，而名义上曝光区域则被光电子印刷间隙彻底穿透。提高剂量可降低这种随机性的严重程度。

图二.20 nm半间距的光电子扩散与吸收剂量的关系。橙色部分表示光电子密度超过半间距印刷阈值的地方。像素大小是1/40的间距。

当间距增加到 50 纳米时（图 3），光电子似乎不会随机扩散得那么远，尤其是在较高剂量时。这是由于对比度的增加，即图像中最大和最小光电子密度之间的分离。

图 3. 25 纳米半间距的光电子扩散与吸收剂量的关系。橙色部分表示光电子密度超过半间距印刷阈值的地方。像素大小为间距的 1/40。

图 1 所示的 EUV 光电子扩散概率密度函数表明，对于典型的 CAR，在大约30 mJ/cm2 的条件下，实际分辨率极限为大约50 nm 间距；在大约90 mJ/cm2 的条件下，实际分辨率极限为 40 nm 间距。这远远高于 0.33 或 0.55 NA 的预期分辨率极限。因此，分辨率极限不应主要与极紫外系统的光学技术有关，而应与极紫外抗蚀剂中的光电子和二次电子迁移有关。

此外，分辨率与抗蚀剂吸收的剂量密切相关；剂量越高，分辨率越高。这导致了吞吐量的折衷，需要更高的源功率来补偿。必须通过低能电子散射模拟与光刻胶厚度损失与电子剂量测量，进行校准，才能确定特定 EUV 光刻胶的分辨率。

必须牢记的是，虽然众所周知含金属的抗蚀剂具有增强的 EUV 吸收能力，但与有机 CAR 相比，氧化锡基抗蚀剂在光电子扩散距离方面并不一定具有优势。对元素组成的限制将防止光电子扩散函数出现较大偏差。由于抗蚀剂将是决定 EUV 光刻分辨率的主要因素，因此应减少对 High-NA 营销的关注。

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