超高数值孔径浸没式光刻面临的挑战:偏振效应
摘要
浸没式光刻要实现32纳米技术乃至进一步向下延伸, 在高折射率液体,光学镜头以及光刻胶等关键技术领域需要不断取得突破性的进展。为了得到更高的分辨率,超高数值孔径浸没式光刻技术势在必行, 由此而产生的光学偏振问题会日益突出,现在光刻领域的专家已经开始着手解决这个问题。
根据最新发布的国际半导体技术蓝图(ITRS),在32纳米技术节点上实现半间距线宽的工艺尺寸现在有四种可能的解决方案：进一步延伸现有的光学光刻技术、下一代极紫外光刻技术、无掩膜版光刻技术以及纳米印制光刻技术。对于一些芯片制造商而言, 依靠分辨率加强技术45纳米技术将可以轻松实现(或者并非像表面看来那么容易)。比如说, 就在一月底Intel宣布它成功制造了一枚集成10亿个晶体管全功能45纳米技术的静态存储器,并且声称45纳米技术的逻辑电路的研发工作也正在有条不紊的进行,预计可以在2007年下半年发布而且完全基于现有的干法光刻技术。
降低传统的干法光刻技术所需的掩膜版制造成本以及提高芯片合格率将会是一道难以逾越的鸿沟,因此其他许多芯片制造商更倾向于使用浸没式光刻技术实现45纳米节点半间距线宽的工艺尺寸。尽管极紫外光刻技术仍然被ITRS视为实现32和22纳米最有希望的技术解决方案, 然而受到不断进步的光学光刻技术的鼓舞,很多业界的巨鳄并不认同这样的观点。在32纳米技术节点乃至进一步向下延伸时将要求193纳米浸没式光刻技术在一些领域,如高折射率液体,高折射率光学镜头材料以及高折射率光刻胶等方面取得突破性的进展.浸没式光刻技术的魅力在于将折射率大于1的水介于镜头和硅片之间,从而赋予光刻设备更高的数值孔径,由此也进一步提升了193纳米光刻技术的分辨率极限。最新一代浸没式光刻设备的数值孔径已经接近了使用水作为浸没液体的理论极限(1.35)—其中ASML的XT:1700i的数值孔径是1.2(见图1),Nikon的NSR-S610B的数值孔径是1.3。
为了使光刻设备的数值孔径百尺竿头更进一步, 在浸没液体,镜头材料以及光刻胶的研发上需要不断取得突破性的进展(图2)。在镜头方面,另一个得到高数值孔径的方法是使用弯曲的主镜头取代以往的平面镜头。“但是将弯曲的主镜头应用于浸没式光刻技术并不容易,其原因是弯曲的表面很难控制液体的流动。在设备供应商看来如果能不使用这项技术那最好不用,”ASML浸没式光刻技术产品经理 Christian Wagner说：“这种设计确实是一个解决方案,但要实现它却是困难重重。”
提高光刻设备的数值孔径可以满足对高分辨率的需求,但有利亦有弊,不断增大的数值孔径也同时使偏振效应对设备光路系统的负面影响更加的严重（图3）。设备制造商已经发现他们需要比以往更多的重视偏振效应的表现并在最新型的设备中引入偏振机制用以提高图像的空间对比度和分辨率。随着技术的不断进步,对超高数值孔径曝光设备、极限离轴照明技术的依赖会越来越突出,这就需要更加深刻的理解偏振效应。
对于线性偏振而言,电场会周期性的沿着X或Y方向振动,这会使硅片上对应的Y或X方向的线条获得最佳的空间对比度然而另一个方向就会变得很糟糕,因此这也就解释了线性偏振在生产中的危害。TE横电场偏振也称为s偏振,电场传播方向与光轴成一定方位角;TM横磁场也称为p偏振,电场传播方向与光轴垂直（图3）。
增大数值孔径将能够捕获更多的衍射级数和更大角度的光线,这无疑加剧了偏振效应的负面影响。“由于大角度光线的互相影响以及干涉效应,导致空间图像对比度被大为削弱,”Texas Instruments派驻Sematech的资深专家Shane Palmer说：“因此TE
