用來提高光刻機(jī)分辨率的浸潤(rùn)式光刻技術(shù)介紹

本文介紹了用來提高光刻機(jī)分辨率的浸潤(rùn)式光刻技術(shù)。

芯片制造：光刻技術(shù)的演進(jìn)

過去半個(gè)多世紀(jì)，摩爾定律一直推動(dòng)著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，但當(dāng)光刻機(jī)的光源波長(zhǎng)卡在193nm，芯片制程縮小至65nm時(shí)，摩爾定律開始面臨挑戰(zhàn)。一些光刻機(jī)巨頭選擇了保守策略，寄希望于F2準(zhǔn)分子光源157nm波長(zhǎng)的干式光刻技術(shù)。2002年，浸潤(rùn)式光刻的構(gòu)想被提出，即利用水作為介質(zhì)，通過光在液體中的折射特性，進(jìn)一步縮小影像。

提升數(shù)值孔徑NA的方法 提高光刻機(jī)的分辨率主要依賴于兩個(gè)因素：光源波長(zhǎng)（λ）和投影物鏡的數(shù)值孔徑（NA）。根據(jù)瑞利準(zhǔn)則，光刻機(jī)的分辨率R可以用公式R=k1?λ/NA來表示，其中k1是工藝因子。因此，在光源波長(zhǎng)固定的情況下，提高數(shù)值孔徑NA成為提升分辨率的關(guān)鍵。提升NA主要有兩種方法：增加物鏡直徑和采用浸沒式技術(shù)。

浸潤(rùn)式光刻

浸潤(rùn)式光刻的核心在于使用高折射率的液體（通常為去離子水）來替代投影物鏡與晶圓之間的空氣間隙。ArF光刻機(jī)的光波長(zhǎng)為193nm，折射率n：空氣=1，水=1.44，這意味著從投影物鏡射出的光線進(jìn)入水介質(zhì)后，折射角會(huì)顯著減小。這一變化使得更多的高階衍射成分參與到成像過程中，從而有效提高了光刻分辨率。具體來說，原本波長(zhǎng)為193nm的ArF光在水中等效波長(zhǎng)變?yōu)?34nm，從而有效減少波長(zhǎng)，這不僅低于F2準(zhǔn)分子光源的157nm，而且更容易與現(xiàn)有的制造工藝兼容。

優(yōu)勢(shì)

分辨率提升：通過浸潤(rùn)式技術(shù)，光刻機(jī)的分辨率得到了顯著提升，使得制造更小特征尺寸的芯片成為可能。 成本效益：相比于使用更短波長(zhǎng)的光源（如F2準(zhǔn)分子光源），浸潤(rùn)式光刻技術(shù)的成本更低，且更容易應(yīng)用在現(xiàn)有的芯片制造中。 技術(shù)成熟度：浸潤(rùn)式光刻技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過了多年的實(shí)踐驗(yàn)證，技術(shù)更加成熟穩(wěn)定。