沉浸式光刻技術是在傳統的光刻技術中，其鏡頭與光刻膠之間的介質是空氣，而所謂浸入式技術是將空氣介質換成液體。實際上，浸入式技術利用光通過液體介質後光源波長縮短來提高解析度，其縮短的倍率即為液體介質的折射率。
基本介紹
- 中文名：沉浸式光刻技術
- 外文名：Immersion Lithography
- 別名：沉浸式光刻技術
- 類型：193nm浸入式光刻技術等
- 時間：2002年
概述,
概述
浸沒式光刻技術也稱為浸入式光刻技術。一般特指193nm浸入式光刻技術。
在浸入式光刻技術之前，繼436nm、365nm、248nm之後，採用的是193nm乾式光刻技術，但在65 納米技術節點上遇到了困難，試驗了很多技術（如157nm乾式光刻技術等）但都無法很好的突破這一難題。等到2002年底浸入式技術迅速成為光刻技術中的新寵，而此前業界並沒有認為浸入式技術有如此大的功效。此技術在原來的193nm乾式光刻技術平台之上，因為此種技術的原理清晰及配合現有的光刻技術變動不大，獲得了人們的極大讚賞。
浸沒式光刻的原理
浸沒式光刻技術需要在光刻機投影物鏡最後一個透鏡的下表面與矽片上的光刻膠之間充滿高折射率的液體。圖 l 為傳統光刻和浸沒式光刻的對比示意圖。投影物鏡的數值孔徑
NA=nsinθ
圖1 傳統光刻和浸沒式光刻示意圖
其中，n為投影物鏡與矽片之間介質的折射率，θ為光線最大入射角。在最大入射角相同的情況下，浸沒式光刻系統的數值孔徑比傳統光刻系統增大了n倍。而從傅立葉光學的角度, 數值孔徑扮演著空間頻率低通濾波器閾值的角色。注人高折射率的浸沒液體可以使更高空間頻率的光波人射到光刻膠上, 因此成像解析度得以提高。
193nm浸沒式光刻機
浸沒式光刻機採用折射和反射相結合的光路設計（catadioptric）。這種設計可以減少投影系統光學元件的數目，控制像差和熱效應，實現1.35NA。圖2（a）是一種浸沒式光刻機投影光路的示意圖。如果投影光路中添加了奇數個反射元件，那么投影在晶圓表面的像與掩模版上的圖像是反對稱的；只是添加了偶數個反射元件後，投影在晶圓表面的像與掩模版上的圖像才是一致的，如圖2（b）所示。
圖2 (a)一種浸沒式光刻機投影光路的示意圖和(b)投影光學系統中安置反射鏡會導致掩模圖形翻轉
浸沒式光刻機工作時並不是把晶圓完全浸沒在水中，而只是在曝光區域與光刻機透鏡之間充滿水。光刻機的鏡頭（exposure head）必須特殊設計，以保證：
1、水隨著光刻機在晶圓表面做步進-掃描運動，沒有泄露；
2、水中沒有氣泡和顆粒。在193nm波長下，水的折射率是1.44，可以實現NA大於1。
圖3.15是浸沒式光刻機曝光頭的示意圖。去離子水經過進一步去雜質、去氣泡（degassing）、恆溫之後流入曝光頭，填充在晶圓和透鏡之間，然後流出光刻機。除了表面張力，曝光頭還設計有特殊的風流（air knife），保證水不易從側面泄漏出去。
圖3 193nm 浸沒式光刻機曝光頭的示意圖
浸沒式光刻的難點與挑戰
雖然浸入式光刻已受到很大的關注，但仍面臨巨大挑戰。根據2005版《國際半導體技術藍圖》的光刻內容，浸入式光刻的挑戰在於：
1) 控制由於浸入環境引起的缺陷，包括氣泡和污染；
2) 抗蝕劑與流體或面漆的相容性，以及面漆的發展；
3) 抗蝕劑的折射指數大於1.8；
4) 折射指數大於1.65的流體滿足粘度、吸收和流體循環要求；
5) 折射指數大於1.65的透鏡材料滿足透鏡設計的吸收和雙折射要求。
