准分子光刻技术与极紫外光刻技术

光抗蚀剂

光致抗蚀剂，简称光刻胶或抗蚀剂，指光照后能改变抗蚀能力的高分子化合物。光蚀剂分为两大类。①正性光致抗蚀剂：受光照部分发生降解反应而能为显影液所溶解。留下的非曝光部分的图形与掩模版一致。正性抗蚀剂具有分辨率高、对驻波效应不敏感、曝光容限大、针孔密度低和无毒性等优点，适合于高集成度器件的生产。②负性光致抗蚀剂：受光照部分产生交链反应而成为不溶物，非曝光部分被显影液溶解，获得的图形与掩模版图形互补。负性抗蚀剂的附着力强、灵敏度高、显影条件要求不严，适于低集成度的器件的生产。半导体器件和集成电路对光刻曝光技术提出了越来越高的要求，在单位面积上要求完善传递图像的信息量已接近常规光学的极限。光刻曝光的常用波长是3650～4358 埃，预计实用分辨率约为1微米。几何光学的原理，允许将波长向下延伸至约2000埃的远紫外波长，此时可达到的实用分辨率约为0.5～0.7微米。微米级图形的光复印技术除要求先进的曝光系统外,对抗蚀剂的特性、成膜技术、显影技术、超净环境控制技术、刻蚀技术、硅片平整度、变形控制技术等也有极高的要求。因此，工艺过程的自动化和数学模型化是两个重要的研究方向。

准分子光刻技术

准分子光刻技术作为当前主流的光刻技术，主要包括：特征尺寸为0.1μm的248　nm　KrF准分子激光技术;特征尺寸为90　nm的193　nm　ArF准分子激光技术;特征尺寸为65　nm的193　nm　ArF浸没式技术(Immersion，193i)。其中193　nm浸没式光刻技术是所有光刻技术中最为长寿且最富有竞争力的，也是如何进一步发挥其潜力的研究热点。传统光刻技术光刻胶与曝光镜头之间的介质是空气，而浸没 式技术则是将空气 换成液体介质。实际上，由于液体介质的折射率相比空气介质更接近曝光透镜镜片材料的折射率，等效地加大了透镜口径尺寸与数值孔径(NA)，同时可以 显 著提高焦深(DOF)和曝光工艺的宽容度(EL)，浸没式光 刻 技 术 正 是 利 用 这 个 原 理 来 提 高 其 分 辨率。世界三 大光刻机 生产商ASML，Nikon和Cannon的第 一 代 浸 没 式 光 刻 机 样 机 都 是 在 原 有193nm干式光刻机的基础上改进研制而成，大大降低了研发成本和风险。因为浸没式光刻系统的原理清晰而且配合现有的光刻技术变动不大，193nm　ArF准分子激光光刻技术在65nm以下节点半导体量产中已经广泛应用;ArF浸没式光刻 技 术 在45nm节 点 上 是 大 生 产 的 主 流 技 术。为把193i技术进一步推进到32和22nm的技术节点上，光刻专家一直在寻找新的技术，在没有更好的新光刻技术出现前，两次曝光技术(或者叫两次成型技术，DPT)成为人们关 注 的 热 点。ArF浸没式两次曝光技术已被业界认为是32nm节点最具竞争力的技术;在更低的22nm节点甚至16nm节点技术中，浸没式 光刻技术也 具 有相当大 的优势。浸没式光刻技术所面临的挑战主要有：如何解决曝光中产生的气泡和污染等缺陷的问题;研发和水具有良好的兼容性且折射率大于1.8的光刻胶的问题;研发折射率较大的光学镜头材料和浸没液体材料;以 及 有 效 数 值 孔 径NA值 的 拓 展 等 问题。针 对 这 些 难 题 挑 战，国 内 外 学 者 以 及ASML，Nikon和IBM等公 司已 经 做 了 相 关 研 究并提出相应的对策。浸没式光刻机将朝着更高数值孔径发展，以满足更小光刻线宽的要求。

极紫外光刻技术

提高光刻技术分辨率的传统方法是增大镜头的NA或缩 短 波 长，通 常 首 先 采 用 的 方 法 是 缩 短 波长。早在80年代，极紫外光刻技术就已经开始理论的研究和初步的实 验，该技术 的光源是波 长 为11～14　nm的极端远紫外光，其原理主要是利用曝光光源极短的波长达到提高光刻技术分辨率的目的。由于所有的光学材料对该波长的光有强烈的吸收，所以只能采取反射式的光路。EUV系统主要由四部分组成，即反射式投影曝光系统、反射式光刻掩模版、极紫外光源系统和能用于极紫外的光刻涂层。其主要成像原理是光波波长为10～14nm的极端远紫外光波经过周期性多层膜反射镜投射到反射式掩模版上，通过反射式掩模版反射出的极紫外光波再通过由多面反射镜组成的缩小投影系统，将反射式掩模版上的集成电路几何图形投影成像到硅片表面的光刻胶中，形成集成电路制造所需要的光刻图形。目 前EUV技 术 采 用 的 曝 光 波 长 为13.5nm，由于其具有如此短的波长，所有光刻中不需要再使用光学邻近效应校正(OPC)技术，因而它可以把光刻技术扩展到32nm以下技术节点。2009年9月Intel第 一 次 向 世 人 展 示 了22　nm工艺晶圆，称继续使用193nm浸没式光刻技术，并规 划 与EUV及EBL曝 光 技 术 相 配 合，使193nm浸没式光刻技术延伸到15和11nm工艺节点。