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什么是沉浸式光刻技术,原理是怎样的?

2019-07-11
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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。


浸没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,试验了很多技术但都无法很好的突破这一难题。


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。

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。浸没式光刻机工作时并不是把晶圆完全浸没在水中,而只是在曝光区域与光刻机透镜之间充满水。光刻机的镜头必须特殊设计,以保证水随着光刻机在晶圆表面做步进-扫描运动,没有泄露;水中没有气泡和颗粒。在193nm波长下,水的折射率是1.44,可以实现NA大于1。


浸没式光刻的难点有哪些?


虽然浸入式光刻已受到很大的关注,但仍面临巨大挑战,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。


光蚀刻系统制造的精细程度取决于很多因素。但是实现跨越性进步的有效方法是降低使用光源的波长,光刻机厂商们就是这么做的,他们将晶圆曝光工具从人眼可见的蓝光端开始逐渐减小波长,直到光谱上的紫外线端。


如今,EUV技术慢慢开始替代了一部分的浸没式光刻,EUV技术以波长为10-14纳米的极紫外光作为光源的光刻技术。具体为采用波长为13.4nm 的紫外线。极紫外线就是指需要通过通电激发紫外线管的K极然后放射出紫外线。EUV光刻采用波长为10-14纳米的极紫外光作为光源,可使曝光波长一下子降到13.5nm,它能够把光刻技术扩展到32nm以下的特征尺寸。EUV光刻所能提供的高分辨率已经被实验所证实。光刻机供应商已经分别实现了20nm和14nm节点的SRAM的曝光,并与193i曝光的结果做了对比。显然,即使是使用研发机台,EUV曝光的分辨率也远好于193i。14nm节点图形的曝光聚焦深度能到达250nm以上。

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