光刻技术的发展概要

摘要：

光刻在半导体集成电路制造工艺中，无论是从占用的资金、技术还是人员来看，都有举足轻重的地位。光刻工艺的发展历史就是集成电路的发展历史，光刻技术的发展现状就是集成电路的发展现状，不论是最低端的，还是今天最为先进的集成电路制造，光刻技术水平始终决定着集成电路的生产水平。

关键词：光刻曝光分辨率

引言：

30多年以来，集成电路技术的发展始终是随着光学光刻技术的不断创新所推进的。在摩尔定律的驱动下，光学光刻技术经历了接触／接近(Aligner)、等倍投影、缩小步进投影(Stepper)、步进扫描投影(Scanner)曝光方式的变革(见图l所示)，曝光波长由436nm的h线向365nm的i线、继而到248nm的KrF0．5 m、0．35 m、0．1 m、90 nnl、65 nm、45 nnl等节点。光刻技术始终为摩尔定律的不断向前推进而孜孜不懈地努力着，目前已迈向了32 nn]节点的开发阶段。

一．推动光刻技术和设备发展的动力

经济利益是si片直径由200ram向300mm转移的主要因素。Canon于1995年着手300ram曝光机，推出了EX3L和[5L步进机，于1997～1998年提供日本半导体超前边缘技术(SELETE)集团使用，ASML公司的300ram步进扫描曝光机使用193nm波长，型号为FPA2500，也于1999年提供给SELETE集团使用。曝光是芯片制造中最关键的制造工艺，由于光学曝光技术的不断创新，一再突破人们预期的极限，使之成为当前曝光的主流技术。1997年美国GCA公司推出了第一台分布重复投影曝光机，被视为曝光技术的一大里程碑，1991年美国SVC公司推出了步进扫描曝光机，它集分布投影曝光机的高分辨率和扫描投影机的大视场、高效率于一身，更适合 (<0125 m)线条的大规模生产曝光。后来Nikon公司又推出了NSR2S204B，用KrF，使用变形照明(MBI)可做到0115 111的曝光。ASML公司也推出PAS15500／750E，使用该公司的AERILAIJII 照明，可解决0113 in曝光。但1999ITRS建议。01l3 111曝光方案是用193nm或248nm加分辨率提高技术 (RET)；0110 nl曝光方案是用157、193nm加RET、接近式x光曝光(PxL)或离子束投影曝光(IPL)。目前，Ic加工中线宽在0．25 m 以上的大生产光刻设备，基本都采用i谱线光源，当线宽在0．25g．m--~0．18 m 时，将采用248nm DUV(远紫外)投影光刻技术，若将DUV 辅以提高光刻分辨率的诸多措施，将可用于0．15 m IC器件的研制，这种光源多采用KrF准分子激光器。但到了0．18 m 以下时，人们还是认为光学光刻将会发展193nm 和157nmVUV(真空紫外／深紫外)准分子激光光刻技术。193nm技术已比较成熟[4]，商品化在即，只是还有些问题正在解决，比如抗蚀剂等问题。157nm 的F。准分子激光光刻技术，被认为是193nm 的后续技术，可用于0．10 m尺寸IC器件的加工，现已有工业级的F2激光器，由Lambda Physik 公司研制[5]。不过，该技术要达到实用化，估计要到2010年左右。

用于0．10 m 以下尺寸器件~JnY_的光刻技术即EUV[极紫外(辅射)]，或许会采用126nm 的Ar。准分子激光氩灯源，但在目前看来，不能不说还处于想象阶段，除光源本身外，各种配套技术、原材料、全反射光学系统等等价格昂贵得将会难以承受。也许，到了这个时候，非光学光刻技术才会真正成为这个技术领域的超微细加工技术的主流，比如采用X-ray曝光技术、电子束(EB—stepper)曝光技术、离子束曝光技术，尽管这种设备的价格也相当昂贵。据了解，日本东京精密有限公司(ACCRETECH)，正在联合日本十几家大公司，共同研制用于0．10 m 及以下尺寸器件加工的大型系统设备EB—stepper，有望于5年内问世，NIKON 公司也在开展相关研究，整个行业正拭目以待。最后，以NIKON 公司光刻系统设备及技术为例。。9O年代以来，为适应IC集成度逐步提高的要求，微细加工的技术也迅速提高，相继出现了g谱线，h谱线、i谱线光源及KrF、ArF、F：、Ar：等准分子激光光源，x 射线、电子束、离子束等非光学曝光技术也得到了发展。8O年代，普遍认为光学分辨率的极限只能达到0．5 m 左右，而现在的大多数业内人士则认为可以达到0．1 m 甚至以下[3]。表1给出了不同光源波长的分辨率

二．光刻技术的发展前景

目前，Ic加工中线宽在0．25 m 以上的大生产光刻设备，基本都采用i谱线光源，当线宽在0．25g．m--~0．18 m 时，将采用248nm DUV(远紫外)投影光刻技术，若将DUV 辅以提高光刻分辨率的诸多措施，将可用于0．15 m IC器件的研制，这种光源多采用KrF准分子激光器。但到了0．18 m 以下时，人们还是认为光学光刻将会发展193nm 和157nmVUV(真空紫外／深紫外)准分子激光光刻技术。193nm技术已比较成熟[4]，商品化在即，只是还有些问题正在解决，比如抗蚀剂等问题。157nm 的F。准分子激光光刻技术，被认为是193nm 的后续技术，可用于0．10 m尺寸IC器件的加工，现已有工业级的F2激光器，由Lambda Physik公司研制[5]。不过，该技术要达到实用化，估计要到2010年左右。用于0．10 m 以下尺寸器件~JnY_的光刻技术即EUV[极紫外(辅射)]，或许会采用126nm 的Ar。准分子激光氩灯源，但在目前看来，不能不说还处于想象阶段，除光源本身外，各种配套技术、原材料、全反射光学系统等等价格昂贵得将会难以承受。也许，到了这个时候，非光学光刻技术才会真正成为这个技术领域的超微细加工技术的主流，比如采用X-ray曝光技术、电子束(EB—stepper)曝光技术、离子束曝光技术，尽管这种设备的价格也相当昂贵。据了解，日本东京精密有限公司(ACCRETECH)，正在联合日本十几家大公司，共同研制用于0．10 m 及以下尺寸器件加工的大型系统设备EB—stepper，有望于5年内问世，NIKON 公司也在开展相关研究，整个行业正拭目以待。最后，以NIKON 公司光刻系统设备及技术为例，图示为这几年的法杖状况。

三，结束语

如上所述，光刻技术正在不断地发展，且会越走越艰难，现在正处于这样一个关键阶段，继i线和248nm DUV这一目前光刻技术的主流之后，193nm和157nmVUV 的发展既相当重要，又将会遇到很大的困难，抗蚀剂的问题，各种提高分辨率的技术问题、原材料的问题等等。这些技术的发展情况及商品化成本等因素，决定了光学光刻技术的寿限。至于EUV 及以后的光刻技术，目前似乎还没有人能说得清楚。而非光学光刻技术目前来说，发展较快，到了0．1O>m 以下时电子束(EB)曝光技术极有可能成为超微细加工的主流。四，参考文献

1.《光学光刻技术的发展历程及趋势》王相森 (东北微电子研究所，沈阳110032)

2.《浅谈半导体光刻技术的发展趋势》樊乡 (上海交通大学微电子学院，上海200030)

3.《光学光刻技术的历史演变》马建军 (长庆实业集团有限公司，西安710021)