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)的開發(fā)，已與世界10大設(shè)備供應(yīng)商簽定協(xié)議，協(xié)議的簽署使得IMEC能在最先進(jìn)的設(shè)備條件下進(jìn)行研究與開發(fā)。根據(jù)IMEC所確定的發(fā)展戰(zhàn)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(jù)悉，193納米浸入式光刻技術(shù)是實(shí)現(xiàn)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(yīng)商和軟件供應(yīng)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(xiàn)193納米浸入式光刻技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)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水而不是空氣。對(duì)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(duì)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(dǎo)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(yù)測(cè)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(dǎo)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(jī)的開發(fā)，而將采用氟化氬激光器的193納米光刻機(jī)的功能擴(kuò)展至45納米節(jié)點(diǎn)。這也正是浸入式光刻技術(shù)取得較好發(fā)展的結(jié)果，數(shù)值孔徑為0.93的193納米的鏡頭已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。緊隨Intel之后，歐洲的ASML、日本的Nikon和Canon浸入式光刻機(jī)計(jì)劃紛紛出籠。

    尼康對(duì)浸入式光刻有疑問

    尼康公司不久前宣稱浸入式光刻技術(shù)開發(fā)已進(jìn)入尾聲，去年年底已把用于65納米節(jié)點(diǎn)的試用機(jī)給客戶，量產(chǎn)機(jī)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(jī)有限公司董事長(zhǎng)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)。

    “隨著新技術(shù)的引進(jìn)，193納米波長(zhǎng)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(zhǎng)?！奔犹俸浦赋?，“一方面，這類機(jī)型造價(jià)昂貴；另一方面營(yíng)運(yùn)成本很高，從制造商的意愿來(lái)講，不會(huì)大規(guī)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，而在銷售上重點(diǎn)仍集中在I線機(jī)和Krf機(jī)。據(jù)估計(jì)2004年尼康有共計(jì)265臺(tái)光刻設(shè)備售出，其中包括55臺(tái)的二手設(shè)備。按機(jī)種的市場(chǎng)份額（數(shù)量）估計(jì)：i線光刻設(shè)備為50%，Krf為35%，Arf為15%。

    浸入式光刻的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

    2004年12月，《國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖》編委會(huì)發(fā)行了《國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)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的變化，把193納米光刻（非浸入式）擴(kuò)展到90納米節(jié)點(diǎn)，并且撤消了離子投影光刻和近接X射線光刻。

    引起這一變化的原因在于光刻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正在改變。也就是“當(dāng)前和今后兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的解決方案必須能夠至少滿足兩個(gè)地區(qū)的領(lǐng)先要求，所有的基礎(chǔ)設(shè)施包括抗蝕劑和掩模，必須按照節(jié)點(diǎn)的時(shí)間表來(lái)準(zhǔn)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(qū)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(xù)快速的發(fā)展勢(shì)頭，并增強(qiáng)了產(chǎn)業(yè)界繼續(xù)發(fā)展的信心。45納米節(jié)點(diǎn)的193納米浸入式光刻，甚至可以作為22納米節(jié)點(diǎn)的潛在解決方案?！眹?guó)際半導(dǎo)體雜志Aaron Hand先生表示。

    但浸入式光刻仍面臨巨大挑戰(zhàn)。在大于50納米節(jié)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(dǎo)致的缺陷的控制。在45納米和更低的節(jié)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)棘手的問題，對(duì)于現(xiàn)已確定的要求還沒有可行的方案。正如《國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖》修訂版光刻一章中所指出的，“美國(guó)和日本的工作組分別進(jìn)行了模擬研究并得出一致結(jié)論：采用任何當(dāng)前正在發(fā)展的技術(shù)，還沒有可行的小于4納米（精度為3s）的臨界尺寸控制的解決方案”。