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193纳米浸入式光刻技术发展现状与今后难点

   日期:2006-03-22     作者:管理员    

 

   上海情报服务平台2006年3月15日报道:2002年,浸入式技术的可行性报告送至国际机构sematech的桌上,但直到半年之后,半导体业界才苏醒过来,浸入式技术迅速成为光刻技术中的新宠。因为此种技术的原理清晰及配合现有的光刻技术变动不大,获得了人们的极大赞赏。


    2002年,浸入式技术的可行性报告送至国际机构sematech的桌上,但直到半年之后,半导体业界才苏醒过来,浸入式技术迅速成为光刻技术中的新宠。因为此种技术的原理清晰及配合现有的光刻技术变动不大,获得了人们的极大赞赏。

    在2003版的《国际半导体技术蓝图》中,增加了一个可能解决方案——浸入式光刻(Immersion lithography),2004年12月,《国际半导体技术蓝图》编委会发行了《国际半导体技术蓝图》修订版,其中光刻一章在可能解决方案表中又给出了一些显著的变化,把193纳米光刻(非浸入式)扩展到90纳米节点,并且撤消了离子投影光刻和近接X射线光刻。而在200

5年的蓝图中,浸入式光刻继续着其既有的发展态势,作为2007年达到65nm、2010年达到45nm、2013年达到32nm和2016年达到22nm节点的关键技术。

    业界力推浸入式光刻技术

    浸入式光刻是指在曝光镜头和硅片之间充满水(或液体)而不是空气。对于193纳米光刻来说,水是最佳液体。但浸入式光刻技术仍有很多不确定性,如对置于水中的硅片和光刻性能带来的影响,磨料中水吸附如何进行CD控制、模样外形控制等。

    在半导体工业中,人们预测193纳米浸入式光刻技术将取代157纳米光刻技术成为45纳米以下半导体生产的新一代光刻技术。早在2003年5月,Intel宣布放弃157纳米光刻机的开发,而将采用氟化氩激光器的193纳米光刻机的功能扩展至45纳米节点。这也正是浸入式光刻技术取得较好发展的结果,数值孔径为0.93的193纳米的镜头已经可以实现。紧随Intel之后,欧洲的ASML、日本的Nikon和Canon浸入式光刻机计划纷纷出笼。

    目前,比利时微电子研究中心(IMEC)正在加速45纳米以下微电子技术的开发,已与世界10大设备供应商签定协议,协议的签署使得IMEC能在最先进的设备条件下进行研究与开发。根据IMEC所确定的发展战略,2003-2005年研发45纳米CMOS技术,2005-2007年研发32纳米微电子技术。

    193纳米浸入式光刻技术是实现45纳米以下COMS的关键技术。在193纳米浸入式光刻技术方面,IMEC与世界上30个芯片制造商、工具供应商和软件供应商等组成了合作联盟。该联盟中IMEC的合作伙伴ASML公司的TWINSCANtm XT∶1250i是目前世界上浸入工具(0.85)含量最高装置。IMEC将使用该工具进行曝光,印刷新密度为7O纳米,聚焦深度为0.7μM。双方希望通过合作加速光刻技术从干法向湿法的过渡,
 
一代、二代193nm浸入式光刻机

    目前国际上光刻机的制造几乎处于垄断地位,最大的三家生产商为荷兰ASML, 美国Nikon Precision和日本Canon。从2004年起,这几家公司就提供193nm浸入式光刻机样品供各大芯片制造商使用。至今,已开发出多种型号的193nm浸入式光刻机。特别是对于NA(数值孔径)>1.0的第二代浸入式光刻机,研究速度也相当迅速。

    2004年夏天美国半导体芯片制造技术研究与开发联合体Sematech(Austin、Texas)和Exitech(Oxford,UK)宣布联合研发全球第一台超高NA 193nm浸入式光刻机。2005年夏天在Austin的Sematech安装,这台浸入式光刻机的Ms-193i微型曝光部分由Corning Tropel完成,其NA 1.3,0.4mm曝光范围;水浸入部分由Lambda physik完成,有4kHz、线性极化性能;ArF激光源也由Lambda physik完成,睁个光刻机可制作70nm/45nm节点。

    ASML现也已推出NA为1.2的193nm浸入式光刻机。而Nikon Precision公司在2005年下半年推出了NA为1.07的S609B型193nm浸入式光刻机,并将于2006年下半年推出NA为1.3的S610C型193nm浸入式光




刻机。以下列出了一些厂商所推出的193nm浸入式光刻机。

表:193nm浸入式光刻机生产和使用表

年份 厂商 型号 NA 光刻尺寸/nm 安装地点 使用者
2004 ASML TwinScanAT:1150i 0.75 90 Albany Namo Tech IBM
2004 ASML TwinScanAT:1150i 0.75 90 ALSM实验室 台积电
2005 ASML TwinScanAT:1150i 0.85 65 台积电/IMEC 台积电/IMEC
2005-2006 ASML TwinScanXT:1400Ei 0.93 65/45    
2005-2006 ASML TwinScanXT:1700Fi 1.2 45    
2005 Sematech/ Exitech MS-193i 1.3 70/45    
2005-2006 Nikon S609 1.07 55/45    
2006下半年 Ni

kon S610C 1.3 45    
2007 Canon   ≥1.2      

  193nm浸入式光刻机制造的全功能芯片

    2004年12月IBM和台积电分别宣布采用193 nm浸入式光刻技术制造出全功能的芯片。2004年夏天IBM使用安装在Albany Nano Tech的ASML TwinScan AT:1150i型193nm浸入式光刻机 (NA0.75)进行90nm Cu互连层光刻,并在自己的工厂使用193nm干法光刻机完成全部工艺,制造出基于功率机构的90nm CPU。2004年9月IBM著名工程师Albany Nano Tech研发总监Jim Ryan表示:“浸入式光刻技术确定在IBM的产品路线图上了”。IBM 开始采用ASML提供全球首套193nm“预生产”浸入式光刻机加工300nm芯片。台积电在ASML的研究实验室内使用ASML TwinScan AT:ll50i型l93nm浸入式光刻机(NA 0.75)对90nm SRAM芯片的多晶硅进行了曝光和显影,得到了满意的结果,认为193nm浸入式光刻机的焦深是l93nm干法光刻机的2倍。IBM和台积电使用l93nm浸入式光刻机的成功,增强了芯片制造商采用l93nm浸入式光刻机的信心,加速了193nm浸入式光刻机制造商生产的步伐。

    2005年台积电在自己的工厂安装了ASML XT:l250i (NA 0.85) 193nm浸入式光刻机,用于65nm节点。2004年l1月比利时IMEC微电予中心收到了ASML XT:l250i (NA 0.85) l93nm浸入式光刻机,2004年7月~2006年7月IMEC工业联盟将使用适合浸入式光刻机研究包括缺陷和与光刻胶有关的工艺课题,目标是2007年量产193nm浸入式光刻机。2005年1月TI首席技术官Hans Stork透露,TI希望在45nm节点采用浸入式光刻技术,并且正在对ASML、Nikon的浸入式光刻机进行评估。

    NEC电子公司2006年初宣布开发出名为UX7LS的55纳米节点工艺,采用了浸入式光刻和更高介电常数材料。该公司声称,该工艺可提供比65纳米工艺在操作和待机模式下低十分之一的功耗。通过将65纳米工艺技术与高K薄膜结合,其开发出了极限低功率LSI,该工艺将适于从手机、移动消费类产品以及网络系统的LSI产品。NEC采用UX7LS工艺的SRAM将具有92.5万门/平方米的门密度,单元尺寸为0.432平方微米。该公司打算于2007年夏季提供样品,并于同年开始量产。

    浸入式光刻的难点与挑战

    虽然浸入式光刻已受到很大的关注,但仍面临巨大挑战。根据2005版《国际半导体技术蓝图》的光刻内容,浸入式光刻的挑战在于:

    控制由于浸入环境引起的缺陷,包括气泡和污染;
    抗蚀剂与流体或面漆的相容性,以及面漆的发展;
    抗蚀剂的折射指数大于1.8;
    折射指数大于1.65的流体满足粘度、吸收和流体循环要求;
 &nb












sp;  折射指数大于1.65的透镜材料满足透镜设计的吸收和双折射要求。

    对于NA值的研究拓展也仍是重点之一。业界认为要提高浸入式光刻机分 辨率的关键是要提高NA,目前,第一代浸入式光刻机(干式)的NA极限值为0.93,第二代浸入式光刻机的NA值大于1.0。

    另外,控制临界尺寸仍然是个棘手的问题,对于现已确定的要求还没有可行的方案。

    参考文献

    1、 翁寿松 193nm浸入式光刻技术独树一帜[J],电子工业专用设备,2005(126),11-14
    2 、纳米浸入式光刻技术工业化在即,中国高新技术产业导报,2005年7月18日
    3、 ITRS 2005

 



 
  
  
  
  
 
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