浸没式光刻技术

浸没式光刻技术

摘要：光刻工艺直接决定了大规模集成电路的特征尺寸，是大规模集成电路制造的关键工艺。作为光刻工艺中最重要设备之一，光刻机一次次革命性的突破，使大模集成电路制造技术飞速向前发展。因此，了解光刻技术的基本原理，了解提高光刻机性能的关键技术以及了解下一代光刻技术的发展情况是十分重要的。本文就以上几点进行了简要的介绍。

沉浸式光刻技术是在传统的光刻技术中，其镜头与光刻胶之间的介质是空气，而所谓浸入式技术是将空气介质换成液体。实际上，浸入式技术利用光通过液体介质后光源波长缩短来提高分辨率，其缩短的倍率即为液体介质的折射率。沉浸式光刻技术是在传统的光刻技术中，其镜头与光刻胶之间的介质是空气，而所谓浸入式技术是将空气介质换成液体。实际上，浸入式技术利用光通过液体介质后光源波长缩短来提高分辨率，其缩短的倍率即为液体介质的折射率。

关键词：沉浸式光刻、大规模集成电路、折射率

目录

浸没式光刻技术 (1)

目录 (2)

第一章背景 (3)

1.1 概论 (3)

第二章光刻技术 (4)

2.1 193nm浸没式光刻技术 (4)

2.1.1浸没液体（积淀、气泡、光吸收） (5)

2.1.2液体浸没方式(局部浸没法) (5)

2.1.3大数值孔径投影物镜的设计（折反式投影物镜） (7)

2.1.4 偏振光照明(无损偏振光照明系统) (8)

2.1.5液体温度变化带来的影响(热量累积效应) (9)

2.1.6气泡的消除(曝光缺陷) (9)

2.1.7光刻胶与污染(污染沉积) (9)

2.2 浸没式光刻机浸液控制技术研究 (9)

2.2.1 浸液控制关键技术研究 (9)

2.2.2 浸液控制系统的研制 (11)

2.3 控制总结 (13)

第三章展望 (14)

参考文献 (15)

第一章背景

1.1 概论

沉浸式光刻技术是在传统的光刻技术中，其镜头与光刻胶之间的介质是空气，而所谓浸入式技术是将空气介质换成液体。实际上，浸入式技术利用光通过液体介质后光源波长缩短来提高分辨率，其缩短的倍率即为液体介质的折射率。沉浸式光刻技术是在传统的光刻技术中，其镜头与光刻胶之间的介质是空气，而所谓浸入式技术是将空气介质换成液体。实际上，浸入式技术利用光通过液体介质后光源波长缩短来提高分辨率，其缩短的倍率即为液体介质的折射率。

沉浸式光刻技术也称为浸入式光刻技术。一般特指193nm浸入式光刻技术。

在浸入式光刻技术之前，继436nm、365nm、248nm之后，采用的是193nm干式光刻技术，但在65 纳米技术节点上遇到了困难，试验了很多技术（如157nm干式光刻技术等）但都无法很好的突破这一难题。等到2002年底浸入式技术迅速成为光刻技术中的新宠，而此前业界并没有认为浸入式技术有如此大的功效。此技术在原来的193nm干式光刻技术平台之上，因为此种技术的原理清晰及配合现有的光刻技术变动不大，获得了人们的极大赞赏。2004年12月IBM和台积电分别宣布采用193 nm浸入式光刻技术制造出全功能的芯片。

虽然浸入式光刻已受到很大的关注，但仍面临巨大挑战。根据2005版《国际半导体技术蓝图》的光刻内容，浸入式光刻的挑战在于：

控制由于浸入环境引起的缺陷，包括气泡和污染；

抗蚀剂与流体或面漆的相容性，以及面漆的发展；

抗蚀剂的折射指数大于1.8；

折射指数大于1.65的流体满足粘度、吸收和流体循环要求；

折射指数大于1.65的透镜材料满足透镜设计的吸收和双折射要求。

沉浸式光刻技术AMD 45nm工艺全面解析

相对于Intel复杂的用料及工艺流程来说，AMD所采用的45nm技术则相对的简单，AMD的45纳米制程工艺是联合IBM一同研发。这项技术包括了超低K电介质互联技术、多重增强晶体管应变技术和沉浸式光刻技术。对于AMD为什么到现在都没有使用High-K，很多朋友们都存在疑问，其实这得益于AMD自Athlon 时代就开始使用的SOI工艺。SOI是Silicon On Isolator的缩写，即绝缘体上的硅技术。和

传统的纯硅晶圆不同，SOI工艺使用的晶圆底部是一层绝缘层。这层绝缘体切断了上方MOS管漏电流的回路，使得基于SOI技术的芯片能够轻松抵抗漏电流。

第二章光刻技术

2.1 193nm浸没式光刻技术

液体浸没技术用于光学显微镜，使数值孔值和成像对比度明显提高。相对于157nm(F2) 光刻技术，193nm 浸没式光刻技术不需要研发新的掩模、透镜和光刻胶材料，193nm 浸没式光刻机甚至可以保留现有193nm 干式光刻机的大部分组件，仅对部分分系统进行改进设计即可。

(一）浸没式光刻的原理

浸没式光刻技术需要在光刻机投影物镜最后一个透镜的下表面与硅片上的光刻胶之间充满高折射率的液体。

投影物镜的数值孔径

NA=nsinq

其中，n 为投影物镜与硅片之间介质的折射率，q 为光线最大入射角。在最大入射角相同的情况下，浸没式光刻系统的数值孔径比传统光刻系统增大了n 倍。而从傅里叶光学的角度，数值孔径扮演着空间频率低通滤波器阈值的角色。注入高折射率的浸没液体可以使更高空间频率的光波入射到光刻胶上，因此成像分辨率得以提高。

传统光刻和浸没式光刻的对比示意图

（二）浸没式光刻带来的主要问题及对策

(1)浸没液体

(2)液体浸没方式

(3)大数值孔径投影物镜的设计

(4)偏振光照明

(5)液体温度变化带来的影响

(6)气泡的消除

(9)光刻胶与污染

根据瑞利判据，光刻机的分辨率R 和焦深DOF 为