Cymer的DUV光源大事记

2003年：XLA-100，40W ArF光源可用于高数值孔径（0.9NA以上）DUV光刻

2005年：XLA-200，60W ArF光源可用于浸没式光刻

2006年：XLA-300，90W 高频ArF光源可用于浸没式光刻

2008年：XLR-600i，新构架高稳定90W可用于浸没式光刻双重曝光

2009年：XLR-600ix，高稳定低成本90W可用于高吞吐量浸没式双重曝光光刻

序言：费多尔·特林丘博士

1999年，普林斯顿大学的博士费多尔·特林丘博士毕业后加入了美国光刻光源企业Cymer，开启了他的DUV光源研发之旅。

2003年-2009年，费多尔所在的DUV光刻光源团队，在国际光子和光子学学会上连续发表7篇论文，讲述了193纳米ArF光源以双腔技术为起点，逐渐升级ArF光源、最终实现浸没式光刻机双重曝光的大批量生产。我们逐一浏览一下。

2003年：XLA-100，可用于高数值孔径DUV光刻

2003年1月，Cymer正式推出双腔模块的光源。2003年的这篇论文公布了首款双腔模块光源XLA-100的性能：

1，重频4000 Hz，单脉冲能量10mJ，功率40W；

2，波长193nm；

3，能量稳定性 <0.3%；

4，带宽 <0.25pm;

5，E95带宽 <0.65pm。

论文对比了双腔XLA-100和单腔的Nanolith 7000的DUV脉冲形状。

XLA构架具有很强的延展性，通过增加放电电压，在4000Hz频率下，激光模块的功率可以从40W上升到60W。

通过调整放大腔的气压，可以调节单脉冲能量从16mJ增加到30mJ。

超过6000万次的脉冲测试，验证能量稳定性和带宽稳定性。

2005年：XLA-200，可用于浸没式光刻

时隔2年，Cymer在2005年推出XLA-200 DUV光源，功率升级到60W（单脉冲能量15mJ，重频4000 Hz），带宽进一步升级到0.15pm，E95 带宽小于0.35pm。而XLA-200的指标是带宽 <0.25pm; E95带宽 <0.65pm。可以看到，XLA-200性能提升非常明显。

该型号光源提供了2个能量脉冲能量段的控制方案，最高可以达到单脉冲15mJ。

该系统在1亿次脉冲测试中，表现高度稳定。

XLA-200的组件寿命得到大幅度提升，主振荡腔达到120亿脉冲，放大腔达到240亿脉冲。

2006年：XLA-300，可用于浸没式光刻

2006年，Cymer推出了第四代XLA平台的ArF光源XLA-300。

XLA-300最重要的升级是，其重频提升了50%，达到6000Hz，因此其功率增加到90W，同时保持了超低带宽，带宽低于0.12pm，E95带宽小于0.25pm。该型号光源在彼时可用于45纳米节点制程。

为了适应新的高频系统，Cymer同步升级了高功率电源系统。

我们从测试数据可以看到，在双腔结构中，提升重频会增大带宽。因此提升频率的同时，保持超低带宽是一个挑战。

同时，增加激光脉冲频率，会导致较大的激光斑点位移，因此也需要优化。

XLA-300的1亿次脉冲测试也表现了很好的带宽稳定性，并在2015年10月完成全部测试进入量产。

2008年：XLR-600i，可用于浸没式光刻双重曝光

由于浸没式光刻对于能量稳定性要求极高，Cymer在2006年前后引入了新的“MOPRA”结构的双腔系统，它的能量增益大幅超过上一代的XLA系统。

这一改进大幅提升了能量稳定性。

同时，XLR双腔结构引入环形设计，从而将单脉冲寿命延长30%。

XLR双腔结构的光强空间分布也更均匀。

1亿次脉冲测试，XLR系统展示了非常高的定位稳定性和位置稳定性。

2009年：XLR-600ix，可用于高吞吐量浸没式双重曝光光刻

2009年，Cymer继续升级XLR系统，使其在保持高性能同时，降低使用成本。同时，考虑晶圆厂的实际需求，XLR-600ix采用了灵活的90W/60W可调模式。

值得一提的是，2009年，Cymer推出了第一套可量产的EUV光源，又拉开了EUV光刻的大幕。

而在2009年之后，XLR双腔DUV光源系统仍然在不断地突破、更新、迭代：

1，2015年推出浸没式光源 XLR-700ix，带宽、波长和能量稳定性有所改进，可为先进的 14nm 芯片制造及其他芯片提供更高的扫描仪吞吐量和工艺稳定性。

2，2018年，Cymer宣布首次为客户安装XLR 860ix光源，预计将用于生产高级逻辑和存储器节点的芯片；

3，2020年，Cymer宣布其XLR 960ix光源首次出货，为下一代半导体制造扩展光源进步。

结语

纵观2002-2009年前后7-8年Cymer的DUV光源研制工作，我们可以看到，它的浸没式光源不仅仅是集成了1990年代以来的248纳米KrF光源的工业基础，而且在其上做了多次重大技术创新，包括电源系统、激光腔系统等，最后依托于最先进的半导体产业平台进行大量性能参数的不断地升级、迭代，才能逐渐使用新的节点的技术要求。

那么，了解了Cymer的DUV光源的技术迭代和性能提升路线，大家还认为10W激光就可以一步登天，28纳米翻倍成14纳米，四重曝光成7纳米吗？

我们下节继续聊！

参考资料

Fedor TRINTCHOUK | Director of System Integration | Bionano Genomics, San Diego | Systems | Research profile (researchgate.net)：https://www.researchgate.net/profile/Fedor-Trintchouk

历史 - 赛默 (cymer.com)：https://www.cymer.com/history/