用来提高光刻机分辨率的浸润式光刻技术介绍

 

本文介绍了用来提高光刻机分辨率的浸润式光刻技术。

芯片制造：光刻技术的演进

过去半个多世纪，摩尔定律一直推动着半导体技术的发展，但当光刻机的光源波长卡在193nm，芯片制程缩小至65nm时，摩尔定律开始面临挑战。一些光刻机巨头选择了保守策略，寄希望于F2准分子光源157nm波长的干式光刻技术。2002年，浸润式光刻的构想被提出，即利用水作为介质，通过光在液体中的折射特性，进一步缩小影像。  

提升数值孔径NA的方法  提高光刻机的分辨率主要依赖于两个因素：光源波长（λ）和投影物镜的数值孔径（NA）。根据瑞利准则，光刻机的分辨率R可以用公式R=k1⋅λ/NA来表示，其中k1是工艺因子。因此，在光源波长固定的情况下，提高数值孔径NA成为提升分辨率的关键。提升NA主要有两种方法：增加物镜直径和采用浸没式技术。  

浸润式光刻

浸润式光刻的核心在于使用高折射率的液体（通常为去离子水）来替代投影物镜与晶圆之间的空气间隙。ArF光刻机的光波长为193nm，折射率n：空气=1，水=1.44，这意味着从投影物镜射出的光线进入水介质后，折射角会显著减小。这一变化使得更多的高阶衍射成分参与到成像过程中，从而有效提高了光刻分辨率。具体来说，原本波长为193nm的ArF光在水中等效波长变为134nm，从而有效减少波长，这不仅低于F2准分子光源的157nm，而且更容易与现有的制造工艺兼容。  

优势

分辨率提升：通过浸润式技术，光刻机的分辨率得到了显著提升，使得制造更小特征尺寸的芯片成为可能。  成本效益：相比于使用更短波长的光源（如F2准分子光源），浸润式光刻技术的成本更低，且更容易应用在现有的芯片制造中。  技术成熟度：浸润式光刻技术已经经过了多年的实践验证，技术更加成熟稳定。