浸入式光刻技術(shù)課件

1、浸入式光刻技術(shù)什么是浸入式？與傳統(tǒng)光刻的區(qū)別？浸入式光刻的原理？有什么優(yōu)缺點？與傳統(tǒng)的光刻技術(shù)相比，浸沒式光刻技術(shù)需要在光刻機投影物鏡最后一個透鏡的下表面與硅片上的光刻膠之間充滿高折射率的液體。 結(jié)構(gòu)對比簡圖浸入式光刻技術(shù)的發(fā)現(xiàn)及發(fā)展2002年以前，業(yè)界普遍認為193nm光刻無法延伸到65nm技術(shù)節(jié)點，而157nm將成為主流技術(shù)。然而，157nm光刻技術(shù)遭遇到了來自光刻機透鏡的巨大挑戰(zhàn)。浸入式光刻的原型實驗在上世紀(jì)90年代開始陸續(xù)出現(xiàn)。1999年，IBM的Hoffnagle使用257nm干涉系統(tǒng)制作出周期為89nm的密集圖形。當(dāng)時使用的浸入液是環(huán)辛烷。但因為當(dāng)時對浸入液的充入、鏡頭的沾污、光刻

2、膠的穩(wěn)定性和氣泡的傷害等關(guān)鍵問題缺乏了解，人們并未對浸入式光刻展開深入的研究。正當(dāng)眾多研究者在157nm浸入式光刻面前躊躇不前時，時任TSMC資深處長的林本堅提出了193nm浸入式光刻的概念。在157nm波長下水是不透明的液體，但是對于193nm的波長則是幾乎完全透明的。并且水在193nm的折射率高達1.44，193nm水浸式光刻機就近在咫尺了。同時，193nm光波在水中的等效波長縮短為134nm，足可超越157nm的極限。193nm浸入式光刻的研究隨即成為光刻界追逐的焦點。到現(xiàn)在為止，Core i5使用193nm液浸式光刻系統(tǒng)實現(xiàn)45納米制程。Core i7于2010年發(fā)表使用193nm液浸

3、式光刻系統(tǒng)實現(xiàn)32納米制程的產(chǎn)品。由于193納米光刻是目前能力最強且最成熟的技術(shù)，能夠滿足精確度和成本要求，所以其工藝的延伸性非常強，很難被取代。因而在2011年國際固態(tài)電路會議(ISSCC2011)上也提到，在光刻技術(shù)方面，22/20nm節(jié)點主要幾家芯片廠商也將繼續(xù)使用基于193nm液浸式光刻系統(tǒng)的雙重成像（double patterning）技術(shù)。浸沒液體的研究第一代液體H2O在193nm 浸沒式光刻中,純水被首選為最佳的浸沒介質(zhì),由于水直接與光刻膠接觸,會滲入膠膜內(nèi),可能導(dǎo)致膠中所含的極性物質(zhì)如光致產(chǎn)酸劑(PAG)、曝光后產(chǎn)生的酸以及有機胺類添加劑等溶出,一方面會使光刻膠圖案產(chǎn)生缺陷,另

4、一方面也會使水本身受到污染,還會污染甚至腐蝕與之接觸的鏡頭。因此,水作為浸沒液體的缺點需通過在光刻膠表層再涂布一層頂部涂料或改進光刻膠本身的性能等方法加以彌補第二代浸沒液體-飽和烷烴化合物第二代浸沒液體的研究著重尋找單一成分的、 具有高折射率的液體?？紤]到要避免193nm處的吸收, 其研究主要集中在含C和H的飽和烷烴上。 簡單的飽和烷烴化合物有正己烷、正庚烷及正癸烷等,它們在 193nm處具有很高的透明性,但它們的折射率偏低, 只有1.5左右,而環(huán)狀烷烴一般具有更高的折射率, 可達到1.6以上。單環(huán)烷烴由于超過12個C原子數(shù)就會在室溫下呈現(xiàn)固態(tài),因此,一些低分子量的雙環(huán)烷烴被開發(fā)出來,這些直鏈

5、、支鏈、單環(huán)及雙環(huán)的飽和烷烴化合物一般被統(tǒng)稱為第二代高折射率浸沒液體?？傊?目前在極大規(guī)模集成電路產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中 仍以純水介質(zhì)為主,工藝也日趨完善。在2007年的 ITRS中,水為浸沒液體的雙圖形曝光工藝被認為是目前45nm半節(jié)距工藝的唯一途徑,而非水介質(zhì)由于受浸出性能、接觸角以及流體回收等方面條件的限制而滯留于研究階段。局部浸沒法在硅片的一側(cè)設(shè)置一個噴嘴，將液體注入到鏡頭下面，在另一側(cè)設(shè)置一個吸嘴將液體吸回，形成液體的流動。局部浸沒法中投影物鏡是固定的，最后一個透鏡的下表面始終浸沒在液體中。在步進掃描過程中，硅片的不同部位浸沒在液體中。液體在硅片局部浸沒，這種結(jié)構(gòu)也被稱為噴淋結(jié)構(gòu)。 氣泡的消除(曝光缺陷)氣泡是浸沒式光刻技術(shù)面臨的又一難題。氣泡形成的原因有： 溫度和氣壓變化使水中氣體的溶解度降低，原來溶解在水中的部分氣體釋放出來形成氣泡；水的流動帶入周圍的氣體形成氣泡；光刻膠釋放出的氣體形成氣泡。不同尺寸的氣泡對光刻機光學(xué)性能的影響是不同的。解決辦法：在設(shè)計液體浸沒系統(tǒng)時，要對噴嘴結(jié)構(gòu)進行改良設(shè)計，防止發(fā)生飛濺，阻止氣泡的帶入浸沒式光刻技術(shù)已經(jīng)展現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢，浸沒帶來的一系列難題也找到了相應(yīng)的對策。浸沒式光刻機將在20