浸没式光刻技术培训资料.ppt

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1、浸没式光刻技术所谓"准分子激光"，是指受激二聚体（惰性气体和卤素两种元素）所产生的激光，波长范围为157～353nm，所属紫外激光波段。氟化氩(ArF)混合物产生的波长为193nm的超紫外冷激光.光刻技术在半导体器件大规模生产中发挥重要作用.今天,多数先进半导体生产都已经应用ArF准分子激光浸没光刻技术.双重图像曝光和侧壁图像转移技术使ArF准分子激光浸润光刻技术延伸到32纳米半节距(HP)器件的制造成为可能.ArF（氟化氩）准分子激光浸没光刻技术193nm浸没式光刻技术液体浸没技术用于光学显微镜，使数值孔值和成像对比度明显提高。相对于157nm(F2

2、)光刻技术，193nm浸没式光刻技术不需要研发新的掩模、透镜和光刻胶材料，193nm浸没式光刻机甚至可以保留现有193nm干式光刻机的大部分组件，仅对部分分系统进行改进设计即可。（一）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。传统光刻和浸没式光刻的对比示意图投影物镜的数值孔径NA=nsinq其中，n为投影物镜与硅片之间介质的折射率，q为光线最大入射角。在最大入射角相同的情况下，浸没式光刻系统的数值孔径比传统光刻系统增大了n倍。而从傅里叶光学的角度，数值孔径扮演着空间频率低通滤波器阈值的

3、角色。注入高折射率的浸没液体可以使更高空间频率的光波入射到光刻胶上，因此成像分辨率得以提高。根据瑞利判据，光刻机的分辨率R和焦深DOF为其中，k1，k2为工艺因子，入eff=l/n为有效曝光波长。由(2)式可以看出，浸没式光刻的特征尺寸缩小为传统光刻的1/n，相当于有效曝光波长缩小为原来的1/n。当l=193nm，n=1.437(水)时，入eff=134.3nm，已经小于F2光刻157nm的曝光波长。由(3)式知，相对于传统光刻技术，在q相同的情况下，引入浸没光刻技术可以使焦深增大n倍。此外，浸没液体也减小了界面上的光反射损耗。（二）浸没式光刻带来的主

4、要问题及对策浸没液体液体浸没方式大数值孔径投影物镜的设计偏振光照明液体温度变化带来的影响气泡的消除光刻胶与污染浸没液体（积淀、气泡、光吸收）当今高精度的浸没式步进扫描投影光刻机对浸没液体的选择相当苛刻，高折射率和高透射系数是最基本的要求。使用水作为193nm光刻的浸没液体。在曝光过程中，由于水中溶解的物质有可能沉积到投影物镜最后一个透镜的下表面或者光刻胶上，引起成像缺陷，而水中溶解的气体也有可能形成气泡，使光线发生散射和折射。因此，目前业界普遍使用价格便宜、简单易得的去离子和去气体的纯水作为第一代浸没式光刻机的浸没液体。在大多数波段水的折射率为1.33

5、左右，而在193nm附近，水的折射率高达1.437。水在193nm波段的吸收系数很低，仅为0.035/cm。光刻机的生产率与照明光的透射率成正比，因此为了减小水对光的吸收，水层的厚度不能太大。另外，还要考虑水层的厚度对扫描速度的影响。在500mm/s的扫描速度下，水层的厚度应该控制在1~2mm。2.液体浸没方式(局部浸没法)浸没式光刻系统需要在投影物镜最后一个透镜的下表面与硅片上的光刻胶之间保持稳定的液体流动。液体的流动使得液体均匀化，使液体保持清洁，防止污染物沉积。主要有三种液体浸没方法：硅片浸没法工件台浸没法局部浸没法目前业界多采用局部浸没法。硅片

6、浸没法示意图工件台浸没法示意图局部浸没法示意图局部浸没法可以解决硅片浸没法和工件台浸没法存在的一些问题。局部浸没法中投影物镜是固定的，最后一个透镜的下表面始终浸没在液体中。在步进扫描过程中，硅片的不同部位浸没在液体中。在硅片的一侧设置一个喷嘴，将液体注入到镜头下面，在另一侧设置一个吸嘴将液体吸回，形成液体的流动。这种结构也被称为喷淋结构。局部浸没法局部浸没法的优点：1)工件台本质上与干式系统相同，这样将节省研发成本和时间；2)可以保留干式光刻系统的对准系统和调焦调平系统；3)注入的液体容量比较小，可以快速注满和排空，保持了较高的生产率。局部浸没法的缺点

7、：在对硅片边缘部分进行曝光时，硅片边缘的液体容易发生泄漏，从而导致边缘曝光场的成像质量较差。因此，采取局部浸没法设计方案时，应当采取有效的液体防泄漏措施。3.大数值孔径投影物镜的设计（折反式投影物镜）提高浸没式光刻机分辨率的关键是增大投影物镜的数值孔径。随着光刻分辨率和套刻精度的提高，投影物镜的像差和杂散光对成像质量的影响越来越突出。因此，需要在严格控制像差和杂散光的前提下，设计大数值孔径的浸没式光刻投影物镜。传统的干式光刻机投影物镜Nikon公司设计的折反式投影物镜(a)是多轴设计方案(b)是单轴设计方案单轴设计方案结合了全折射式物镜和折反式物镜的优

8、点，在具有较好机械稳定性的同时，可以获得更大的数值孔径。为了使数值孔径达到1.3甚至更高，就要