納米浸入式光刻技術(shù)工業(yè)化在即

    比利時(shí)微電子研究中心（IMEC）正在加速45納米以下微電子技術(shù)的開(kāi)發(fā)，已與世界10大設備供應商簽定協(xié)議，協(xié)議的簽署使得IMEC能在最先進(jìn)的設備條件下進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)。根據IMEC所確定的發(fā)展戰略，2003-2005年研發(fā)45納米CMOS技術(shù)，2005-2007年研發(fā)32納米微電子技術(shù)。

    據悉，193納米浸入式光刻技術(shù)是實(shí)現45納米以下COMS的關(guān)鍵技術(shù)。在193納米浸入式光刻技術(shù)方面，IMEC與世界上30個(gè)芯片制造商、工具供應商和軟件供應商等組成了合作聯(lián)盟。該聯(lián)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）含量最高裝置。IMEC將使用該工具進(jìn)行曝光，印刷新密度為7O納米，聚焦深度為0.7μM。雙方希望通過(guò)合作加速光刻技術(shù)從干法向濕法的過(guò)渡，以早日實(shí)現193納米浸入式光刻技術(shù)的工業(yè)化應用。

    業(yè)界力推浸入式光刻技術(shù)

    浸入式光刻是指在曝光鏡頭和硅片之間充滿(mǎn)水而不是空氣。對于193納米光刻來(lái)說(shuō)，水是最佳液體。但浸入式光刻技術(shù)仍有很多不確定性，如對置于水中的硅片和光刻性能帶來(lái)的影響，磨料中水吸附如何進(jìn)行CD控制、模樣外形控制等。

    在半導體工業(yè)中使用浸入式光刻技術(shù)已引起廣泛注意，人們預測193納米浸入式光刻技術(shù)將取代157納米光刻技術(shù)成為45納米以下半導體生產(chǎn)的新一代光刻技術(shù)。早在2003年5月，Intel宣布放棄157納米光刻機的開(kāi)發(fā)，而將采用氟化氬激光器的193納米光刻機的功能擴展至45納米節點(diǎn)。這也正是浸入式光刻技術(shù)取得較好發(fā)展的結果，數值孔徑為0.93的193納米的鏡頭已經(jīng)可以實(shí)現。緊隨Intel之后，歐洲的ASML、日本的Nikon和Canon浸入式光刻機計劃紛紛出籠。

    尼康對浸入式光刻有疑問(wèn)

    尼康公司不久前宣稱(chēng)浸入式光刻技術(shù)開(kāi)發(fā)已進(jìn)入尾聲，去年年底已把用于65納米節點(diǎn)的試用機給客戶(hù)，量產(chǎn)機也將于今年年底推出。

    “45納米必須使用浸入式光刻?！鄙虾Ｄ峥稻珯C有限公司董事長(cháng)兼總經(jīng)理加藤浩表示：“45納米技術(shù)已經(jīng)完成了在功能上的研究，量產(chǎn)上的研究還在進(jìn)行中?！?5納米產(chǎn)品何時(shí)面世？尼康似乎也不能給出一個(gè)明確的時(shí)間點(diǎn)。

    “隨著(zhù)新技術(shù)的引進(jìn)，193納米波長(cháng)氟化氬和浸入式光刻的市場(chǎng)需求量會(huì )不斷增大，但是不會(huì )大幅度的增長(cháng)?！奔犹俸浦赋?，“一方面，這類(lèi)機型造價(jià)昂貴；另一方面營(yíng)運成本很高，從制造商的意愿來(lái)講，不會(huì )大規模推廣?！?

    基于以上的考慮，2005年尼康雖然在技術(shù)上首推浸入式光刻，而在銷(xiāo)售上重點(diǎn)仍集中在I線(xiàn)機和Krf機。據估計2004年尼康有共計265臺光刻設備售出，其中包括55臺的二手設備。按機種的市場(chǎng)份額（數量）估計：i線(xiàn)光刻設備為50%，Krf為35%，Arf為15%。

    浸入式光刻的機遇與挑戰

    2004年12月，《國際半導體技術(shù)藍圖》編委會(huì )發(fā)行了《國際半導體技術(shù)藍圖》修訂版，其中光刻一章在可能解決方案表中給出了一些顯著(zhù)的變化，把193納米光刻（非浸入式）擴展到90納米節點(diǎn)，并且撤消了離子投影光刻和近接X(jué)射線(xiàn)光刻。

    引起這一變化的原因在于光刻技術(shù)標準正在改變。也就是“當前和今后兩個(gè)節點(diǎn)的解決方案必須能夠至少滿(mǎn)足兩個(gè)地區的領(lǐng)先要求，所有的基礎設施包括抗蝕劑和掩模，必須按照節點(diǎn)的時(shí)間表來(lái)準備”。而近接電子光刻技術(shù)（PEL）和電子束投影光刻技術(shù)（EPL）只能作為一個(gè)地區的解決方案。

    “去年增加的一個(gè)可能解決方案——浸入式光刻（Immersion lithography），保持了持續快速的發(fā)展勢頭，并增強了產(chǎn)業(yè)界繼續發(fā)展的信心。45納米節點(diǎn)的193納米浸入式光刻，甚至可以作為22納米節點(diǎn)的潛在解決方案?！眹H半導體雜志Aaron Hand先生表示。

    但浸入式光刻仍面臨巨大挑戰。在大于50納米節點(diǎn)時(shí)，浸入式光刻的困難在于浸入過(guò)程中的除氣和過(guò)濾，以及浸入環(huán)境所導致的缺陷的控制。在45納米和更低的節點(diǎn)時(shí)，浸入式光刻需要研發(fā)高折射率的抗蝕劑、高折射率的液體和高折射率的光學(xué)材料，這樣才能把浸入式光刻發(fā)展到極限。

    另外，控制臨界尺寸仍然是個(gè)棘手的問(wèn)題，對于現已確定的要求還沒(méi)有可行的方案。正如《國際半導體技術(shù)藍圖》修訂版光刻一章中所指出的，“美國和日本的工作組分別進(jìn)行了模擬研究并得出一致結論：采用任何當前正在發(fā)展的技術(shù)，還沒(méi)有可行的小于4納米（精度為3s）的臨界尺寸控制的解決方案”。