導(dǎo)讀

光刻機(jī)（也稱光刻系統(tǒng)）是光刻技術(shù)的關(guān)鍵裝備,其構(gòu)成主要包括光刻光源、均勻照明系統(tǒng)、投影物鏡系統(tǒng)、機(jī)械及控制系統(tǒng)(包括工件臺(tái)、掩膜臺(tái)、硅片傳輸系統(tǒng)等)。其中光刻光源是光刻機(jī)的核心部分。隨著集成電路器件尺寸的不斷縮小,芯片集成度和運(yùn)算速度的不斷提高,對(duì)光刻技術(shù)曝光分辨率也提出更高的要求。

集成電路的飛速發(fā)展有賴于相關(guān)的制造工藝—光刻技術(shù)的發(fā)展,光刻技術(shù)是迄今所能達(dá)到的最高精度的加工技術(shù)。

集成電路產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代信息社會(huì)的基石。集成電路的發(fā)明使電子產(chǎn)品成本大幅度降低,尺寸奇跡般減小。以計(jì)算機(jī)為例，1946年誕生的世界第一臺(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)重30噸,占地約140平方米。而集成電路將晶體管、電阻、電容等電子元件連接在小塊的硅片上,可使計(jì)算機(jī)體積更小,功耗更低,速度更快。自1958年世界上第一塊平面集成電路問世,在短短五十多年間,半導(dǎo)體及微電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展,帶動(dòng)了現(xiàn)代信息技術(shù)的騰飛。集成電路的發(fā)展與其制造工藝─——光刻技術(shù)的進(jìn)步密不可分。

光刻技術(shù)的發(fā)展史

光刻技術(shù)是利用光化學(xué)反應(yīng)原理和化學(xué)、物理刻蝕方法將掩模板上的圖案?jìng)鬟f到晶圓的工藝技術(shù)。光刻的原理起源于印刷技術(shù)中的照相制版,是在一個(gè)平面上加工形成微圖形。光刻技術(shù)按曝光光源主要分為光學(xué)光刻和粒子束光刻(常見的粒子束光刻主要有X射線、電子束和離子束光刻等)。其中光學(xué)光刻是目前最主要的光刻技術(shù),在今后幾年內(nèi)其主流地位仍然不可動(dòng)搖。

光刻技術(shù)的進(jìn)步使得器件的特征尺寸不斷減小，芯片的集成度和性能不斷提高。在摩爾定律的引領(lǐng)下,光學(xué)光刻技術(shù)經(jīng)歷了接觸/接近、等倍投影、縮小步進(jìn)投影、步進(jìn)掃描投影等曝光方式的變革。曝光光源的波長(zhǎng)由436納米（G線）,365納米(Ⅰ線)，,發(fā)展到248納米(KrF)，再到193納米( ArF)。技術(shù)節(jié)點(diǎn)從1978年的1.5微米、1微米、0.5微米、90納米、45納米，一直到目前的22納米。集成電路的發(fā)展始終隨著光學(xué)光刻技術(shù)的不斷創(chuàng)新向前推進(jìn)。

光刻機(jī)（也稱光刻系統(tǒng)）是光刻技術(shù)的關(guān)鍵裝備,其構(gòu)成主要包括光刻光源、均勻照明系統(tǒng)、投影物鏡系統(tǒng)、機(jī)械及控制系統(tǒng)(包括工件臺(tái)、掩膜臺(tái)、硅片傳輸系統(tǒng)等)。其中光刻光源是光刻機(jī)的核心部分。隨著集成電路器件尺寸的不斷縮小,芯片集成度和運(yùn)算速度的不斷提高,對(duì)光刻技術(shù)曝光分辨率也提出更高的要求。光學(xué)分辨率是指能在晶圓上成像的最小特征尺寸。對(duì)于光學(xué)投影光刻系統(tǒng)而言,其分辨率由瑞利公式?jīng)Q定:R= k1λ/NA式中,k1為工藝因子,對(duì)于單次曝光k1為0.25,λ為光波長(zhǎng),NA為投影物鏡的光學(xué)數(shù)值孔徑。

由此可知,改進(jìn)光學(xué)分辨率的方法有三條途徑:一是降低k1值;二是提高數(shù)值孔徑NA;三是降低波長(zhǎng)。在這些途徑中，增大數(shù)值孔徑和縮短曝光波長(zhǎng)是通過改變曝光設(shè)備實(shí)現(xiàn)的,而k1因子的降低則是通過工藝技術(shù)的改進(jìn)去實(shí)現(xiàn)的,如投影曝光系統(tǒng)各階段采用的分辨率增強(qiáng)技術(shù)主要包括偏振光照明、相移掩模板、離軸照明等。

降低曝光光源的波長(zhǎng)是光刻技術(shù)和設(shè)備的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。半個(gè)世紀(jì)以來隨著光刻技術(shù)的發(fā)展,特征尺寸隨之減小。在196O年代,半導(dǎo)體芯片制造商主要使用可見光作為光源。到了1980年代,光刻主要應(yīng)用高壓放電汞燈產(chǎn)生的436納米(G線)和365納米(I線)作為光源。汞燈普遍應(yīng)用于步進(jìn)曝光機(jī),從而實(shí)現(xiàn)0.35微米的特征尺寸。放電汞燈輻射250納米紫外光的應(yīng)用,首次實(shí)現(xiàn)了降低光刻光源波長(zhǎng)的需求,但隨著集成電路技術(shù)節(jié)點(diǎn)向納米級(jí)發(fā)展,光刻機(jī)光源也很快從近紫外波段的汞燈光源發(fā)展到深紫外波段的準(zhǔn)分子激光。應(yīng)用的主要光源從KrF準(zhǔn)分子激光器248納米激光，ArF準(zhǔn)分子激光器193納米激光到F2準(zhǔn)分子激光器157納米激光。當(dāng)光源波長(zhǎng)發(fā)展到157納米,由于光刻膠和掩膜材料的局限,圖形對(duì)比度低等因素,使得157納米光刻技術(shù)的發(fā)展受到很大限制。

但研究人員發(fā)現(xiàn)可以作為浸沒液的水對(duì)193納米光波幾乎完全透明,充人浸沒液后，193納米光源等效波長(zhǎng)小于 157納米,同時(shí)投影透鏡數(shù)值孔徑也有很大的提高。另外193納米光刻機(jī)技術(shù)相對(duì)成熟,開發(fā)者需要重點(diǎn)解決的是浸沒技術(shù)相關(guān)的問題,因而采用浸沒技術(shù)的193納米光源取代157納米光源繼續(xù)成為研究的熱點(diǎn)。到了2003年,采用193納米波長(zhǎng)的130納米工藝已 大規(guī)模量產(chǎn),如當(dāng)時(shí)的奔騰4芯片。

隨著雙重圖形曝光技術(shù)的發(fā)展,以英特爾(Intel)為代表的芯片制造商已經(jīng)宣布正式放棄157納米的光刻技術(shù),從90納米工藝一直到未來的45納米工藝都依賴于193納米光刻技術(shù)。而隨著浸沒式光刻技術(shù)和分辨率增強(qiáng)技術(shù)的發(fā)展,光刻精度和性能不斷提高。2006年國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司(IBM)的科學(xué)家宣布,他們采用193納米干涉浸沒光刻裝置NEMO,制作出29.9納米的線條，打破了32納米這一光學(xué)光刻極限的預(yù)言。采用浸沒技術(shù)的ArF準(zhǔn)分子激光,目前光刻節(jié)點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到22納米,未來有可能進(jìn)一步達(dá)到16納米節(jié)點(diǎn)。通過不斷創(chuàng)新的光刻技術(shù),摩爾定律仍然得到了保持。

由于可選的光刻曝光光源是有限的,且每更換一種曝光波長(zhǎng),光刻機(jī)掩模圖樣和光刻膠的材料,投影物鏡等系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和材料都需更新,因而開發(fā)一個(gè)新波長(zhǎng)的光刻機(jī)需要高昂的人力和物力成本,需要多個(gè)國(guó)家和公司的通力合作方能成功。相對(duì)于157納米光刻技術(shù),193納米浸沒式光刻技術(shù)不需要研發(fā)新的掩模、透鏡和光刻膠材料,193納米漫沒式光刻機(jī)甚至可以保留現(xiàn)有193納米干式光刻機(jī)的大部分組件,僅需改進(jìn)設(shè)計(jì)部分分系統(tǒng)即可。世界上三大光刻機(jī)生產(chǎn)商阿斯麥(ASML)、尼康(Nikon)和佳能(Canon)公司的第一代193納米浸沒式樣機(jī)都是在原有193納米干式光刻機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)研制而成的,大大降低了研發(fā)成本和風(fēng)險(xiǎn)。

用于光刻的193納米準(zhǔn)分子激光光源

高端光刻機(jī)具有高數(shù)值孔徑、高吞吐量、高臨界尺寸控制性能和低運(yùn)行成本等特點(diǎn),這些特點(diǎn)要求光刻光源具有相應(yīng)的激光性能。優(yōu)質(zhì)光刻光源要求窄激光譜寬、高波長(zhǎng)和能量穩(wěn)定性、高平均功率和激光重頻。目前193納米的ArF準(zhǔn)分子激光采用浸沒技術(shù),可以達(dá)到22納米的光刻節(jié)點(diǎn),并向16納米節(jié)點(diǎn)延伸。成為高端光刻機(jī)的主流光源。

準(zhǔn)分子激光器是紫外波段最強(qiáng)大的激光光源,是一種輻射幾十納秒脈寬的紫外放電氣體激光器。準(zhǔn)分子是激發(fā)態(tài)結(jié)合而基態(tài)離解的受激二聚體,其特點(diǎn)是基態(tài)不穩(wěn)定,一般在振動(dòng)弛豫時(shí)間內(nèi)便分解為自由的粒子,而其激發(fā)態(tài)以結(jié)合的形式出現(xiàn)并相對(duì)穩(wěn)定,以輻射的形式衰減,因而準(zhǔn)分子激光具有高增益的特點(diǎn)。

準(zhǔn)分子激光已經(jīng)在國(guó)外有比較成熟的商用產(chǎn)品，美國(guó)的西盟（Cymer)和相干（Coherent)公司,日本的Gigaphoton公司是光刻用準(zhǔn)分子激光的主要供應(yīng)商,目前預(yù)電離放電泵浦準(zhǔn)分子激光可以實(shí)現(xiàn)高重頻、高功率、窄線寬的激光輸出。基于 ArF準(zhǔn)分子激光器，ASML、Nikon、Canon USA等公司已經(jīng)開發(fā)出商用的光刻系統(tǒng)。自1972年美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾(LawrenceLivermore)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)波長(zhǎng)為170納米的Xe2準(zhǔn)分子激光以來,已經(jīng)相繼獲得17種準(zhǔn)分子激光振蕩，其光譜覆蓋126～675納米之間的多個(gè)波長(zhǎng)。

單個(gè)準(zhǔn)分子激光腔作為光刻光源難以實(shí)現(xiàn)窄譜線和高穩(wěn)定、高能量脈沖的輸出。一方面要求同一臺(tái)激光器同時(shí)工作在窄線寬和高輸出能量的極限條件下,另一方面高脈沖能量下紫外光學(xué)元件的退化會(huì)造成窄線寬工作的壽命下降。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)雙腔結(jié)構(gòu)是一個(gè)很好的解決方案。其中一個(gè)放電腔產(chǎn)生 窄線寬但低能量的種子脈沖光源,另一個(gè)放電腔實(shí)現(xiàn)對(duì)種子光源的功率放大。典型的雙腔結(jié)構(gòu)有主振蕩功率放大腔(master oscillator power amplifier,MOPA)與種子光注入鎖定系統(tǒng)(injection locking system,ILS)。MoPA結(jié)構(gòu)中,線寬壓窄光學(xué)元件工作在較低的重復(fù)頻率,因降低了光致熱效應(yīng)而延長(zhǎng)光學(xué)元件的壽命。其次，主振蕩器內(nèi)僅要求產(chǎn)生較低能量的脈沖,更易于獲得極窄線寬光譜,并有助于延長(zhǎng)元件壽命。以 Cymer 公司的xLA、xLR系列為代表,種子光注入鎖定系統(tǒng)的特點(diǎn)是種子光在放大腔往返多次放大,其主要優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定和運(yùn)行成本低。以ILS技術(shù)為代表的有Gigaphoton公司于2004年開始進(jìn)入市場(chǎng)的GT40A系列ArF浸沒光刻機(jī)。

譜線寬度技術(shù)

由放電腔發(fā)出的原始光譜寬度達(dá)幾百皮米,這樣寬的光譜帶寬無法滿足光刻等應(yīng)用的要求。以目前主流的光刻光源ArF準(zhǔn)分子激光器為例,需要把自由振蕩的500皮米左右的寬帶光譜壓窄至亞皮米量級(jí)。光譜帶寬是影響成像能力和特征尺寸的重要因素。由于光學(xué)材料在深紫外波長(zhǎng)區(qū)的限制，ArF光刻系統(tǒng)的投影棱鏡將不可避免地產(chǎn)生色差現(xiàn)象。亞皮米的光譜線展寬所產(chǎn)生的影響也不可忽略,然而,可以通過壓窄光源光譜線寬來減小色差效應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)90納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)的集成電路光刻,必須使激光脈沖的線寬達(dá)到亞皮米的量級(jí)。其次,采用浸沒式光刻增加數(shù)值孔徑的同時(shí),需要更窄的譜寬相匹配。第三,窄線寬可降低光源對(duì)臨界尺寸的靈敏度,從而改善由于光源不穩(wěn)定造成的光刻圖樣的不均勻。第四,較低的k，要求較窄的光譜線寬相匹配。因此,為了減小光刻的特征尺寸,提高拉曼散射效率和熒光光譜分析精度,有必要對(duì)較寬的自然光譜進(jìn)行線寬壓窄。

光刻光源一般采用多棱鏡擴(kuò)束器和大尺寸光柵組合的線寬壓窄方案閃。棱鏡擴(kuò)束器用于分離波長(zhǎng)并保持較小的發(fā)散角,通常使用2~4塊棱鏡可以實(shí)現(xiàn)20~40倍的光學(xué)擴(kuò)束。棱鏡材料為紫外波段高透過率的融石英或氟化鈣,在棱鏡的激光人射和出射面通常都鍍有增透膜層。擴(kuò)束后的光斑投射到大尺寸光柵上,棱鏡組與光柵的光路組成利特羅（Littrow）結(jié)構(gòu)。綜合考慮棱鏡的擴(kuò)束率、透過率和棱鏡增透的要求,棱鏡的人射角通常設(shè)在68~71度之間。大尺寸光柵通常為中階梯光柵,其較大的閃耀角有利于光譜的高階色散和線寬壓縮。擴(kuò)束后的光束也可以先入射到高反平面鏡再反射到光柵上，轉(zhuǎn)動(dòng)高反鏡可改變?nèi)肷涞焦鈻诺慕嵌?從而實(shí)現(xiàn)激光中心波長(zhǎng)的調(diào)諧和穩(wěn)定控制。

為避免大氣中氧原子對(duì)紫外激光強(qiáng)烈吸收造成的能量損耗,同時(shí)隔絕外界對(duì)光學(xué)元件的污染,通常把棱鏡擴(kuò)束器、反射鏡和大尺寸光柵等光學(xué)元件裝配在一個(gè)封閉的腔體內(nèi)。在光刻光源中這樣的腔體被稱為線寬壓窄模塊。在光刻機(jī)工作時(shí),線寬壓窄模塊內(nèi)一般通有特定流量的高純氮?dú)饣蚝狻?br />
激光的光譜寬度除了用峰值的半高全寬（FwHM)表示,同時(shí)要可以顯示光譜能量95%的積分寬度（E95)。E95指標(biāo)的大小及穩(wěn)定性是光刻機(jī)的重要參數(shù)之一,它影響曝光系統(tǒng)成像能力和臨界尺寸（cD）控制。Cymer和Gigaphoton最新機(jī)型的E95都小于O.35皮米。

光譜穩(wěn)定技術(shù)

高重頻脈沖的波長(zhǎng)抖動(dòng)和短時(shí)間內(nèi)波長(zhǎng)的漂移都會(huì)引起光譜的增寬。為減少光譜變化引起的曝光像差，光刻光源的波長(zhǎng)測(cè)量必須要實(shí)現(xiàn)較高的精度(相對(duì)波長(zhǎng))和準(zhǔn)確度(絕對(duì)波長(zhǎng))。相對(duì)波長(zhǎng)的測(cè)量可以通過一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具來實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)榧す馔ㄟ^標(biāo)準(zhǔn)具形成的干涉環(huán)條紋的寬度、間距與激光的波長(zhǎng)和線寬相關(guān)。另一方面,絕對(duì)波長(zhǎng)的確定（波長(zhǎng)校準(zhǔn)）則可以將測(cè)得的相對(duì)波長(zhǎng)與原子吸收線進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)。穩(wěn)定的光譜帶寬對(duì)低節(jié)點(diǎn)光刻應(yīng)用尤為重要。由于投影鏡頭的色差,光譜帶寬的變化將導(dǎo)致散焦誤差，引起對(duì)比度損失和產(chǎn)生光學(xué)鄰近誤差。此外,激光腔工作氣體中氟氣的濃度也會(huì)影響激光的光譜寬度。在主振蕩-放大結(jié)構(gòu)中光譜寬度會(huì)隨兩腔體放電間隔時(shí)間呈近線性變化。利用這一特性,可以通過在線檢測(cè)激光光譜參數(shù),采用閉環(huán)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)放電間隔時(shí)間,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光譜進(jìn)行短期的穩(wěn)定控制。線寬壓窄模塊中,同樣利用實(shí)時(shí)檢測(cè)窄線寬激光的光譜,并動(dòng)態(tài)微調(diào)光柵的衍射角,以控制中心波長(zhǎng)和線寬的穩(wěn)定性。光束均勻性技術(shù)光刻機(jī)照明系統(tǒng)的作用是為整個(gè)掩模面提供高均勻性照明,通過控制曝光劑量和實(shí)現(xiàn)離軸照明模式以提高光刻系統(tǒng)分辨率,增大焦深。高分辨率投影光刻的照明系統(tǒng)對(duì)輸出光的波長(zhǎng)、均勻性、光強(qiáng)等都有很高的要求,其中照明的均勻性要求為1.5%~1%。照明系統(tǒng)的質(zhì)量直接影響到投影光刻的質(zhì)量,高均勻照明技術(shù)是照明系統(tǒng)的主要關(guān)鍵技術(shù)。在對(duì)照明均勻性要求不是很高的系統(tǒng)中,可以通過增加補(bǔ)償器來改善光照均勻度,補(bǔ)償器原理是通過控制通光表面各處的透過率來提高光能分布的均勻性。為了更進(jìn)一步提高輸出光能分布的均勻性,照明系統(tǒng)中通常都采用了光學(xué)均勻器(或稱光學(xué)積分器)。通常采用復(fù)眼透鏡或棒狀導(dǎo)光棒作為光學(xué)均勻器。提高均勻性的原理為將光束分割成許多細(xì)小的光束,使得每一子光束的均勻性比原有光柬的均勻性都有所提高,然后將所有的子光束在空間疊加,使各子光束的光能分布進(jìn)一步得到補(bǔ)償,從而較大地提高光能分布的均勻性。

在設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)的光路時(shí),首先應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)束的準(zhǔn)直系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于準(zhǔn)分子激光的光束截面呈矩形,需要將準(zhǔn)分子激光原始的矩形光斑改變成正方形分布,需要一組柱面擴(kuò)束鏡進(jìn)行擴(kuò)束,然后由一組球面擴(kuò)束鏡擴(kuò)束為大小較為合適的正方形的光斑,再利用徵透鏡陣列器獲得好的照明均勻性M。這是因?yàn)槲⑼哥R陣列分割了能量分布不均勻的激光束,利用數(shù)學(xué)的積分原理可知,許多細(xì)光束疊加就得到了能量分布較為均勻的照明。最后微透鏡陣列組要與聚光鏡組配合才會(huì)得到較好的照明均勻性,通常采用柯勒照明(Kohler illumination)方式,微透鏡陣列組的前透鏡陣列被它后面的光學(xué)系統(tǒng)在掩模上成像時(shí),其后透鏡陣列應(yīng)該被聚光鏡組在投影物鏡的入瞳處成像,這樣既保證了像面均勻性,又保證了與投影物鏡之間的匹配。同時(shí)為了使投影系統(tǒng)的入瞳與照明系統(tǒng)的出瞳相匹配,照明系統(tǒng)的出瞳要在無窮遠(yuǎn)處,此時(shí)掩模應(yīng)位于聚光鏡組的后焦面處。微透鏡陣列后組應(yīng)位于聚光鏡組的前焦面處,只有這樣才可以保證微透鏡陣列前組被它后面的光學(xué)系統(tǒng)成像在掩模上。另外,對(duì)于聚光鏡組,因?yàn)橐晥?chǎng)與孔徑角都相對(duì)較小,所以只用兩片球面透鏡像差就可以得到較好的校正。

對(duì)曝光系統(tǒng)光束能量利用率的問題和通過投影系統(tǒng)后激光光束整體均勻性要求,都需要一些定量的評(píng)價(jià)指標(biāo)兇,如準(zhǔn)分子激光光束均勻性評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有加工窗口、能量分?jǐn)?shù)、平頂因子等。

液體浸沒技術(shù)

根據(jù)瑞利公式,增大數(shù)值孔徑（numericalaperture,NA)是一個(gè)提高光刻精度的有效技術(shù)途徑s。漫沒式光刻技術(shù)的原理是在光刻機(jī)投影物鏡和晶圓上的光刻膠之間充滿高折射率的液體,從而使數(shù)值孔徑大于1。

對(duì)于193納米光刻而言,傳統(tǒng)的干式光刻機(jī)在投影物鏡和晶圓之間是空氣,其有效數(shù)值孔徑最大僅為0.93。而水在193納米處的折射率為1.44,并且具有較高的透過率。在曝光過程中,由于水中溶解的物質(zhì)有可能沉積到投影物鏡最后一個(gè)透鏡的下表面或者光刻膠上,引起成像缺陷,而水中溶解的氣體也有可能形成氣泡,使光線發(fā)生散射和折射。因此,目前業(yè)界普遍使用價(jià)格便宜、簡(jiǎn)單易得的去離子和去氣體的純水作為第一代浸沒式光刻機(jī)的浸沒液體。采用水作浸沒液體,可實(shí)現(xiàn)1.35數(shù)值孔徑,光刻節(jié)點(diǎn)達(dá)到了32納米。為了將浸 沒式光刻技術(shù)延伸到32納米甚至22納米節(jié)點(diǎn),應(yīng)用折射率更高的液體取代水作為浸沒液體。許多公司正致力于第二代浸沒液體的研究,已經(jīng)找到多種折射率在1.65 左有的液體。在引人第二代浸沒液體后,尋找高折射率 （>1.65）的投影物鏡底部透鏡材料將成為進(jìn)一步提高數(shù)值孔徑的關(guān)鍵。

浸沒式光刻技術(shù)已經(jīng)展現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿?浸沒帶來的一系列難題也找到了相應(yīng)的對(duì)策。如液體溫度的控制,壓力的測(cè)量和控制,氣泡的消除,光刻膠 被液體浸沒產(chǎn)生的污染,光學(xué)系統(tǒng)的重新優(yōu)化。浸沒式光刻機(jī)將繼續(xù)朝著更大數(shù)值孔徑的方向發(fā)展。今后各公司將使用各種第二代浸沒液體和高折射率底部透鏡材料搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行曝光測(cè)試,分析曝光缺陷、線寬均勻性、液體的循環(huán)以及液體對(duì)成像質(zhì)量的影響,找到最佳的材料,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)更高數(shù)值孔徑的浸沒式光刻機(jī)，以應(yīng)對(duì)更小光刻線寬的挑戰(zhàn)。

新一代極紫外光刻光源

目前半導(dǎo)體公司已經(jīng)進(jìn)軍10納米工藝,但面臨的物理限制越來越高,半導(dǎo)體工藝提升需要全新的設(shè)備。極紫外（EUv)光刻機(jī)是特征尺寸突破10納米及之后的7納米、5納米.工藝的關(guān)鍵,而波長(zhǎng)13.5納米的極紫外光極可能成為下一代光刻光源。激光等離子體極紫外（LPP-EUv)光源由于具有較好的功率擴(kuò)展能力,目前被認(rèn)為是最有希望的高功率EUV光刻光源。

由于波長(zhǎng)為10～14納米的極紫外光在材料中被強(qiáng)烈吸收,其光學(xué)系統(tǒng)必須采用反射形式。LPP-EUv通常是采用高功率的coz激光束照射到液滴靶材（一般為 金屬Sn)上,產(chǎn)生等離子體并輻射出紫外線。再用反射式聚光系統(tǒng)收集EUV輻射并投射到母版上,母版反射的EUv輻射使掩模圖形再經(jīng)過一個(gè)反射的成像系統(tǒng),縮小投影成像到涂有抗蝕劑的硅片上。限制EU v光源功率提升的個(gè)重要難題是去除聚光鏡上靶材殘留物，這些殘留中的Sn會(huì)導(dǎo)致鏡面的反射率降低。除了光源外,EUv的技術(shù)難題還包括掩膜、精密光學(xué)系統(tǒng)及元件的制造等。

在2016年國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)(SPIE)的先進(jìn)光刻技術(shù)研討會(huì)上,與會(huì)者認(rèn)為:雖然目前EUv技術(shù)已經(jīng)取得了巨大進(jìn)展,但仍不適合半導(dǎo)體大批量生產(chǎn)制造。荷蘭ASML公司和日本的Gigaphoton公司在EUv光源領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位,均已具有250瓦 EUv光源的研發(fā) 能力。其中ASML公司開發(fā)了NXE:33xOB商業(yè)光刻光源，20i6年功率達(dá)到250瓦,每小時(shí)可量產(chǎn)125片 晶圓。而Gigaphoton公司在2016年7月展示了功率250瓦、效率4%的LPP-EUv原型樣機(jī)]。但EUv作為新--代半導(dǎo)體工藝突破的關(guān)鍵,進(jìn)展還是低于預(yù)期。現(xiàn)在三星、臺(tái)灣積體電路制造公司(臺(tái)積電）和英特爾的說法基本統(tǒng)一,預(yù)計(jì)2020年左右可實(shí)現(xiàn)5~7納米節(jié)點(diǎn)。EUv光刻機(jī)每臺(tái)價(jià)值1.1億美元,價(jià)格昂貴但仍然受到芯片制造廠商的青睞。三星和臺(tái)積電公司積極采購(gòu)EUV光刻機(jī),以謀求在7~10納米節(jié)點(diǎn)采用EUV工藝來提高密度并降低成本。 光刻技術(shù)是促進(jìn)集成電路及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。10年前一根512兆字節(jié)的內(nèi)存條價(jià)格為幾百元，目前同樣價(jià)格買到的內(nèi)存條可存儲(chǔ)16~32吉字節(jié)。今天一個(gè)中檔手機(jī)的計(jì)算性能,超過了10年前的個(gè)人微機(jī)，并以摩爾定律預(yù)計(jì)的速度在增長(zhǎng)。光刻技術(shù)的發(fā)展大大提高了芯片的計(jì)算速度和存儲(chǔ)量,也在改變著人們的生活。

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