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光刻技术
来源: | 作者:LiLi | 发布时间: 2025-05-16 | 43 次浏览 | 分享到:

在几何微缩(geometric scaling)中,首先遇到的问题是光刻技术中的挑战。光刻工艺是集成电路制造过程中最直接体现其工艺先进程度的技术,光刻技术的分辨率(resolution)是指光刻系统所能分辨和加工的最小线条尺寸,是决定光刻系统最重要的指标,也是决定芯片最小特征尺寸的原因。它由瑞利定律决定

因而提高光刻分辨率的途径有:①减小波长λ;②增加数值孔径(NA);③减小k1。

随着集成电路的发展,为适应分辨率不断减小的要求,光刻工艺中应用的光波的波长也从近紫外(NUV)区间的436nm、405nm、365nm波长进入到深紫外(DUV)区间的248nm、193nm波长。目前大部分芯片制造工艺采用了248nm 和193nm光刻技术。其中248nm光刻采用的是 KrF 准分子激光,首先用于0.25μm 制造工艺,经过研究人员的努力,248nm 光刻技术可以完全满足0.13μm制造工艺的需求。

193nm 光刻采用的是 ArF准分子激光,传统的193nm 光刻技术主要用于0.11μm、90nm 以及65nm 的制造工艺。1999年版的ITRS曾经预计在0.10
μm 制造工艺中将需要采用157nm 的光刻技术,但是目前已经被改良的193nm 技术和193nm 浸入式光刻技术所替代。这可以归功于分辨率技术的提高,尤其是浸入式光刻技术在45nm 技术节点上的应用。

浸入式光刻是指在投影镜头与硅片之间用液体充满,由于液体的折射指数比空气高,因此可以增加投影棱镜数值孔径(NA)。以超纯水为例,其折射指数1.44,相当于将193nm波长缩短到 134nm,从而提高了分辨率。基于193nm 浸入式光刻技术在2004年取得了长足进展,并成功地使用在45nm 技术节点中。193nm 浸入式光刻技术原理清晰,构成方法可行并且投入小,配合旧有的光刻技术变动不大,节省设备制造商以及制程采用者大量研发及导入成本,因此 157nm 光源千式光刻技术被 193nm浸入式光刻所替代。

为了能在下一个技术节点上获得领先,下一代的光刻技术正在研发当中,如远紫外光光刻(EUV)、电子束投影光刻、离子束投影光刻、X射线光刻和纳米印制光刻等。

但是在 32nm 技术节点上,两次图形技术(double patterning)从工艺整合的角度出发,能够采用多种工艺整合途径,沿用193nm浸入式光刻技术,满足32nm 技术节点上的工艺需求。除此之外,两次曝光技术(double exposure)也在研究当中。结合两次图形曝光或者两次曝光技术,193nm 沉浸式光刻技术有可能向下扩展到22nm 节点。