納米浸入式光刻技術工業化在即

    比利時微電子研究中心（IMEC）正在加速45納米以下微電子技術的開發，已與世界10大設備供應商簽定協議，協議的簽署使得IMEC能在最先進的設備條件下進行研究與開發。根據IMEC所確定的發展戰略，2003-2005年研發45納米CMOS技術，2005-2007年研發32納米微電子技術。

    據悉，193納米浸入式光刻技術是實現45納米以下COMS的關鍵技術。在193納米浸入式光刻技術方面，IMEC與世界上30個芯片制造商、工具供應商和軟件供應商等組成了合作聯盟。該聯盟中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。雙方希望通過合作加速光刻技術從干法向濕法的過渡，以早日實現193納米浸入式光刻技術的工業化應用。

    業界力推浸入式光刻技術

    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。對于193納米光刻來說，水是最佳液體。但浸入式光刻技術仍有很多不確定性，如對置于水中的硅片和光刻性能帶來的影響，磨料中水吸附如何進行CD控制、模樣外形控制等。

    在半導體工業中使用浸入式光刻技術已引起廣泛注意，人們預測193納米浸入式光刻技術將取代157納米光刻技術成為45納米以下半導體生產的新一代光刻技術。早在2003年5月，Intel宣布放棄157納米光刻機的開發，而將采用氟化氬激光器的193納米光刻機的功能擴展至45納米節點。這也正是浸入式光刻技術取得較好發展的結果，數值孔徑為0.93的193納米的鏡頭已經可以實現。緊隨Intel之后，歐洲的ASML、日本的Nikon和Canon浸入式光刻機計劃紛紛出籠。

    尼康對浸入式光刻有疑問

    尼康公司不久前宣稱浸入式光刻技術開發已進入尾聲，去年年底已把用于65納米節點的試用機給客戶，量產機也將于今年年底推出。

    “45納米必須使用浸入式光刻。”上海尼康精機有限公司董事長兼總經理加藤浩表示：“45納米技術已經完成了在功能上的研究，量產上的研究還在進行中。”45納米產品何時面世？尼康似乎也不能給出一個明確的時間點。

    “隨著新技術的引進，193納米波長氟化氬和浸入式光刻的市場需求量會不斷增大，但是不會大幅度的增長。”加藤浩指出，“一方面，這類機型造價昂貴；另一方面營運成本很高，從制造商的意愿來講，不會大規模推廣。”

    基于以上的考慮，2005年尼康雖然在技術上首推浸入式光刻，而在銷售上重點仍集中在I線機和Krf機。據估計2004年尼康有共計265臺光刻設備售出，其中包括55臺的二手設備。按機種的市場份額（數量）估計：i線光刻設備為50%，Krf為35%，Arf為15%。

    浸入式光刻的機遇與挑戰

    2004年12月，《國際半導體技術藍圖》編委會發行了《國際半導體技術藍圖》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）擴展到90納米節點，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標準正在改變。也就是“當前和今后兩個節點的解決方案必須能夠至少滿足兩個地區的領先要求，所有的基礎設施包括抗蝕劑和掩模，必須按照節點的時間表來準備”。而近接電子光刻技術（PEL）和電子束投影光刻技術（EPL）只能作為一個地區的解決方案。

    “去年增加的一個可能解決方案——浸入式光刻（Immersion lithography），保持了持續快速的發展勢頭，并增強了產業界繼續發展的信心。45納米節點的193納米浸入式光刻，甚至可以作為22納米節點的潛在解決方案。”國際半導體雜志Aaron Hand先生表示。

    但浸入式光刻仍面臨巨大挑戰。在大于50納米節點時，浸入式光刻的困難在于浸入過程中的除氣和過濾，以及浸入環境所導致的缺陷的控制。在45納米和更低的節點時，浸入式光刻需要研發高折射率的抗蝕劑、高折射率的液體和高折射率的光學材料，這樣才能把浸入式光刻發展到極限。

    另外，控制臨界尺寸仍然是個棘手的問題，對于現已確定的要求還沒有可行的方案。正如《國際半導體技術藍圖》修訂版光刻一章中所指出的，“美國和日本的工作組分別進行了模擬研究并得出一致結論：采用任何當前正在發展的技術，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”。