超高數(shù)值孔徑浸沒(méi)式光刻面臨的挑戰(zhàn):偏振效應(yīng)
摘要
浸沒(méi)式光刻要實(shí)現(xiàn)32納米技術(shù)乃至進(jìn)一步向下延伸, 在高折射率液體,光學(xué)鏡頭以及光刻膠等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域需要不斷取得突破性的進(jìn)展。為了得到更高的分辨率,超高數(shù)值孔徑浸沒(méi)式光刻技術(shù)勢(shì)在必行, 由此而產(chǎn)生的光學(xué)偏振問(wèn)題會(huì)日益突出,現(xiàn)在光刻領(lǐng)域的專(zhuān)家已經(jīng)開(kāi)始著手解決這個(gè)問(wèn)題。
根據(jù)最新發(fā)布的國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖(ITRS),在32納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)半間距線(xiàn)寬的工藝尺寸現(xiàn)在有四種可能的解決方案：進(jìn)一步延伸現(xiàn)有的光學(xué)光刻技術(shù)、下一代極紫外光刻技術(shù)、無(wú)掩膜版光刻技術(shù)以及納米印制光刻技術(shù)。對(duì)于一些芯片制造商而言, 依靠分辨率加強(qiáng)技術(shù)45納米技術(shù)將可以輕松實(shí)現(xiàn)(或者并非像表面看來(lái)那么容易)。比如說(shuō), 就在一月底Intel宣布它成功制造了一枚集成10億個(gè)晶體管全功能45納米技術(shù)的靜態(tài)存儲(chǔ)器,并且聲稱(chēng)45納米技術(shù)的邏輯電路的研發(fā)工作也正在有條不紊的進(jìn)行,預(yù)計(jì)可以在2007年下半年發(fā)布而且完全基于現(xiàn)有的干法光刻技術(shù)。
降低傳統(tǒng)的干法光刻技術(shù)所需的掩膜版制造成本以及提高芯片合格率將會(huì)是一道難以逾越的鴻溝,因此其他許多芯片制造商更傾向于使用浸沒(méi)式光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)45納米節(jié)點(diǎn)半間距線(xiàn)寬的工藝尺寸。盡管極紫外光刻技術(shù)仍然被ITRS視為實(shí)現(xiàn)32和22納米最有希望的技術(shù)解決方案, 然而受到不斷進(jìn)步的光學(xué)光刻技術(shù)的鼓舞,很多業(yè)界的巨鱷并不認(rèn)同這樣的觀(guān)點(diǎn)。在32納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)乃至進(jìn)一步向下延伸時(shí)將要求193納米浸沒(méi)式光刻技術(shù)在一些領(lǐng)域,如高折射率液體,高折射率光學(xué)鏡頭材料以及高折射率光刻膠等方面取得突破性的進(jìn)展.浸沒(méi)式光刻技術(shù)的魅力在于將折射率大于1的水介于鏡頭和硅片之間,從而賦予光刻設(shè)備更高的數(shù)值孔徑,由此也進(jìn)一步提升了193納米光刻技術(shù)的分辨率極限。最新一代浸沒(méi)式光刻設(shè)備的數(shù)值孔徑已經(jīng)接近了使用水作為浸沒(méi)液體的理論極限(1.35)—其中ASML的XT:1700i的數(shù)值孔徑是1.2(見(jiàn)圖1),Nikon的NSR-S610B的數(shù)值孔徑是1.3。
為了使光刻設(shè)備的數(shù)值孔徑百尺竿頭更進(jìn)一步, 在浸沒(méi)液體,鏡頭材料以及光刻膠的研發(fā)上需要不斷取得突破性的進(jìn)展(圖2)。在鏡頭方面,另一個(gè)得到高數(shù)值孔徑的方法是使用彎曲的主鏡頭取代以往的平面鏡頭。“但是將彎曲的主鏡頭應(yīng)用于浸沒(méi)式光刻技術(shù)并不容易,其原因是彎曲的表面很難控制液體的流動(dòng)。在設(shè)備供應(yīng)商看來(lái)如果能不使用這項(xiàng)技術(shù)那最好不用,”ASML浸沒(méi)式光刻技術(shù)產(chǎn)品經(jīng)理 Christian Wagner說(shuō)：“這種設(shè)計(jì)確實(shí)是一個(gè)解決方案,但要實(shí)現(xiàn)它卻是困難重重。”
提高光刻設(shè)備的數(shù)值孔徑可以滿(mǎn)足對(duì)高分辨率的需求,但有利亦有弊,不斷增大的數(shù)值孔徑也同時(shí)使偏振效應(yīng)對(duì)設(shè)備光路系統(tǒng)的負(fù)面影響更加的嚴(yán)重（圖3）。設(shè)備制造商已經(jīng)發(fā)現(xiàn)他們需要比以往更多的重視偏振效應(yīng)的表現(xiàn)并在最新型的設(shè)備中引入偏振機(jī)制用以提高圖像的空間對(duì)比度和分辨率。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,對(duì)超高數(shù)值孔徑曝光設(shè)備、極限離軸照明技術(shù)的依賴(lài)會(huì)越來(lái)越突出,這就需要更加深刻的理解偏振效應(yīng)。
對(duì)于線(xiàn)性偏振而言,電場(chǎng)會(huì)周期性的沿著X或Y方向振動(dòng),這會(huì)使硅片上對(duì)應(yīng)的Y或X方向的線(xiàn)條獲得最佳的空間對(duì)比度然而另一個(gè)方向就會(huì)變得很糟糕,因此這也就解釋了線(xiàn)性偏振在生產(chǎn)中的危害。TE橫電場(chǎng)偏振也稱(chēng)為s偏振,電場(chǎng)傳播方向與光軸成一定方位角;TM橫磁場(chǎng)也稱(chēng)為p偏振,電場(chǎng)傳播方向與光軸垂直（圖3）。
增大數(shù)值孔徑將能夠捕獲更多的衍射級(jí)數(shù)和更大角度的光線(xiàn),這無(wú)疑加劇了偏振效應(yīng)的負(fù)面影響。“由于大角度光線(xiàn)的互相影響以及干涉效應(yīng),導(dǎo)致空間圖像對(duì)比度被大為削弱,”Texas Instruments派駐Sematech的資深專(zhuān)家Shane Palmer說(shuō)：“因此TE
