準(zhǔn)分子光刻技術(shù)與極紫外光刻技術(shù)

光抗蝕劑

光致抗蝕劑，簡稱光刻膠或抗蝕劑，指光照后能改變抗蝕能力的高分子化合物。光蝕劑分為兩大類。①正性光致抗蝕劑：受光照部分發(fā)生降解反應(yīng)而能為顯影液所溶解。留下的非曝光部分的圖形與掩模版一致。正性抗蝕劑具有分辨率高、對駐波效應(yīng)不敏感、曝光容限大、針孔密度低和無毒性等優(yōu)點，適合于高集成度器件的生產(chǎn)。②負性光致抗蝕劑：受光照部分產(chǎn)生交鏈反應(yīng)而成為不溶物，非曝光部分被顯影液溶解，獲得的圖形與掩模版圖形互補。負性抗蝕劑的附著力強、靈敏度高、顯影條件要求不嚴(yán)，適于低集成度的器件的生產(chǎn)。半導(dǎo)體器件和集成電路對光刻曝光技術(shù)提出了越來越高的要求，在單位面積上要求完善傳遞圖像的信息量已接近常規(guī)光學(xué)的極限。光刻曝光的常用波長是3650～4358 埃，預(yù)計實用分辨率約為1微米。幾何光學(xué)的原理，允許將波長向下延伸至約2000埃的遠紫外波長，此時可達到的實用分辨率約為0.5～0.7微米。微米級圖形的光復(fù)印技術(shù)除要求先進的曝光系統(tǒng)外,對抗蝕劑的特性、成膜技術(shù)、顯影技術(shù)、超凈環(huán)境控制技術(shù)、刻蝕技術(shù)、硅片平整度、變形控制技術(shù)等也有極高的要求。因此，工藝過程的自動化和數(shù)學(xué)模型化是兩個重要的研究方向。

準(zhǔn)分子光刻技術(shù)

準(zhǔn)分子光刻技術(shù)作為當(dāng)前主流的光刻技術(shù)，主要包括：特征尺寸為0.1μm的248　nm　KrF準(zhǔn)分子激光技術(shù);特征尺寸為90　nm的193　nm　ArF準(zhǔn)分子激光技術(shù);特征尺寸為65　nm的193　nm　ArF浸沒式技術(shù)(Immersion，193i)。其中193　nm浸沒式光刻技術(shù)是所有光刻技術(shù)中最為長壽且最富有競爭力的，也是如何進一步發(fā)揮其潛力的研究熱點。傳統(tǒng)光刻技術(shù)光刻膠與曝光鏡頭之間的介質(zhì)是空氣，而浸沒 式技術(shù)則是將空氣 換成液體介質(zhì)。實際上，由于液體介質(zhì)的折射率相比空氣介質(zhì)更接近曝光透鏡鏡片材料的折射率，等效地加大了透鏡口徑尺寸與數(shù)值孔徑(NA)，同時可以 顯 著提高焦深(DOF)和曝光工藝的寬容度(EL)，浸沒式光 刻 技 術(shù) 正 是 利 用 這 個 原 理 來 提 高 其 分 辨率。世界三 大光刻機 生產(chǎn)商ASML，Nikon和Cannon的第 一 代 浸 沒 式 光 刻 機 樣 機 都 是 在 原 有193nm干式光刻機的基礎(chǔ)上改進研制而成，大大降低了研發(fā)成本和風(fēng)險。因為浸沒式光刻系統(tǒng)的原理清晰而且配合現(xiàn)有的光刻技術(shù)變動不大，193nm　ArF準(zhǔn)分子激光光刻技術(shù)在65nm以下節(jié)點半導(dǎo)體量產(chǎn)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用;ArF浸沒式光刻 技 術(shù) 在45nm節(jié) 點 上 是 大 生 產(chǎn) 的 主 流 技 術(shù)。為把193i技術(shù)進一步推進到32和22nm的技術(shù)節(jié)點上，光刻專家一直在尋找新的技術(shù)，在沒有更好的新光刻技術(shù)出現(xiàn)前，兩次曝光技術(shù)(或者叫兩次成型技術(shù)，DPT)成為人們關(guān) 注 的 熱 點。ArF浸沒式兩次曝光技術(shù)已被業(yè)界認為是32nm節(jié)點最具競爭力的技術(shù);在更低的22nm節(jié)點甚至16nm節(jié)點技術(shù)中，浸沒式 光刻技術(shù)也 具 有相當(dāng)大 的優(yōu)勢。浸沒式光刻技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)主要有：如何解決曝光中產(chǎn)生的氣泡和污染等缺陷的問題;研發(fā)和水具有良好的兼容性且折射率大于1.8的光刻膠的問題;研發(fā)折射率較大的光學(xué)鏡頭材料和浸沒液體材料;以 及 有 效 數(shù) 值 孔 徑NA值 的 拓 展 等 問題。針 對 這 些 難 題 挑 戰(zhàn)，國 內(nèi) 外 學(xué) 者 以 及ASML，Nikon和IBM等公 司已 經(jīng) 做 了 相 關(guān) 研 究并提出相應(yīng)的對策。浸沒式光刻機將朝著更高數(shù)值孔徑發(fā)展，以滿足更小光刻線寬的要求。

極紫外光刻技術(shù)

提高光刻技術(shù)分辨率的傳統(tǒng)方法是增大鏡頭的NA或縮 短 波 長，通 常 首 先 采 用 的 方 法 是 縮 短 波長。早在80年代，極紫外光刻技術(shù)就已經(jīng)開始理論的研究和初步的實 驗，該技術(shù) 的光源是波 長 為11～14　nm的極端遠紫外光，其原理主要是利用曝光光源極短的波長達到提高光刻技術(shù)分辨率的目的。由于所有的光學(xué)材料對該波長的光有強烈的吸收，所以只能采取反射式的光路。EUV系統(tǒng)主要由四部分組成，即反射式投影曝光系統(tǒng)、反射式光刻掩模版、極紫外光源系統(tǒng)和能用于極紫外的光刻涂層。其主要成像原理是光波波長為10～14nm的極端遠紫外光波經(jīng)過周期性多層膜反射鏡投射到反射式掩模版上，通過反射式掩模版反射出的極紫外光波再通過由多面反射鏡組成的縮小投影系統(tǒng)，將反射式掩模版上的集成電路幾何圖形投影成像到硅片表面的光刻膠中，形成集成電路制造所需要的光刻圖形。目 前EUV技 術(shù) 采 用 的 曝 光 波 長 為13.5nm，由于其具有如此短的波長，所有光刻中不需要再使用光學(xué)鄰近效應(yīng)校正(OPC)技術(shù)，因而它可以把光刻技術(shù)擴展到32nm以下技術(shù)節(jié)點。2009年9月Intel第 一 次 向 世 人 展 示 了22　nm工藝晶圓，稱繼續(xù)使用193nm浸沒式光刻技術(shù)，并規(guī) 劃 與EUV及EBL曝 光 技 術(shù) 相 配 合，使193nm浸沒式光刻技術(shù)延伸到15和11nm工藝節(jié)點。