在今年的SPIE Microlithography年会上,与会的专家们一如既往地针对如何延伸光学光刻技术使用寿命的问题进行了大量的研讨。而与往年会议不同的是,尽管有人心存疑虑,但今年的会议仍然对双重曝光技术打开了友善之门。关于这项技术,普遍的问题是如何妥善地解决图形套准的问题,对于逻辑电路芯片的生产工艺而言,由于其没有大量的密集线条,因此也就能够较好地归避上述的风险。
另一个延伸光学光刻技术使用寿命的解决方案是在浸没式光刻中采用高折射率技术。现今的浸没式光刻技术使用的浸没液体是折射率为1.44的水,这帮助实现了较高的镜头数值孔径。而镜头数值孔径作为光学光刻技术的关键参数在曝光图形分辨率低于曝光波长时尤为重要。随着技术的进步,水作为浸没液体折射率较小的弊端也成为延伸光学光刻技术的瓶颈,因此,技术人员已经开始研发新一代高折射率液体以满足未来浸没式光刻技术的需求。早在去年的年会上,JSR和DuPont等公司就已经公布了它们的高折射率液体的研发计划,今年它们更为详细的介绍了折射率约为1.65的浸没液体的研究成果。
然而,当实现了高折射率浸没液体后,光刻设备的镜头(材料的折射率为1.5
6)又成为制约浸没式光刻技术的另一个瓶颈,JSR Micro Inc.技术经理Mark Slezak说。IBM和JSR合作展示了
高折射率镜头材料在延伸浸没式光刻技术上的美好前景。这两家公司宣布成功的实现了线宽小于30纳米的图形,这一成绩归功于JSR的高折射率浸没液体和IBM的高折射率双光束干涉浸没式光刻系统,这套名为Nemo的浸没式光刻系统的主镜头使用了高密度石英。

“我们的目标是尽可能的使光学光刻技术走的更远,在必须采用新的生产技术之前这会为业界节约大笔高昂的投资,” IBM的Almaden研究中心光刻技术材料研发部经理Robert D. Allen说,“结果已经充分证明了在芯片制造技术发生革命性变化前,依靠不断延伸的光学光刻技术将会给半导体业界至少7年的喘息时间。”
IBM的Nemo系统的实验所用的光学部件和浸没式液体的折射率大约是1.6,而光刻胶是1.7。“就这一点来说,制约整个系统表现的瓶颈在折射率为1.61的环节上,但实验的结果表明我们仍然能够实现30纳米1:1的图形。” Slezak说。尽管总的来说普遍是希望利用193纳米浸没式光刻系统实现45纳米技术节点,但能否百尺竿头,更进一步,向下延伸至32纳米乃至更为细小的图形,这仍然是悬而未决的事情。“因为仅将高折射率液体和传统的浸没式光刻系统相互结合,我们将止步在38纳米半周期的技术状态,为了使193纳米浸没式光刻系统实现32纳米技术节点,这就需要大力推动设备供应商不断进行创造和革新。”
需要明确的是,高折射率光学材料仅用做设备的主镜头。关于这方面有着一些不同的声音,一方面,尽管这种材料的制造难度较大但由于需求量不高,因此一些人并不认为这是一个主要矛盾。但是扼杀157纳米光刻技术的一条原因正是对高纯净度的氟化钙材料的需求远大于能够达到的产量。另一方面,站在镜头制造商的角度,每一台超高数值孔径光刻设备有限的几片高折射率镜头的销售成本上并不合算。你是否愿意花费巨额的研发成本而仅获得有限的回报?就在不久之前,这些供应商曾经全力以赴的进行优质氟化钙材料的研发,但是157纳米光刻项目的落马使他们血本无归。
按照IBM的讲法,为延伸光学光刻技术寿命,未来研究将集中在折射率达到1.9的光学材料、浸没液体以及光刻胶等领域,它们能够有助于实现更小的图形。一些研究小组相互合作共同研发用于浸没式光刻技术的高折射率镜头材料,其中最有希望的是折射率高达2.1的镥铝柘榴石(LuAG)。