; ; ; ; ; ; 
第一代浸没式光刻技术才投入商业化量产不久(见芯片制造商致力于193纳米浸没式光刻技术”,《半导体国际》2005年4月一文),科学家们就已经把注意力集中在下一代浸没式光刻技术上了:更大的数值孔径,更高的光学折射率的液体或其他类似材料。
将液体置于主镜头和硅片之间,入射光线自然而然地就会穿透比空气折射率更高的液体,这种方式本身并没有提高特定投影图像的分辨率,但是它却能够赋予光刻机的镜头更高的数值孔径。当然高数值孔径的光学系统可以带来分辨率的提升。空气作为投影成像的介质时,数值孔径仅能达到1.0,但使用了折射率为1.44的去离子水后,数值孔径就能够达到1.4。用去离子水作为介质,浸没式光刻可延伸到65纳米技术节点上,而通常具备更高折射率被戏称为“调味水”的液体将能够把浸没光刻技术推向45纳米甚至更远,使用这种技术就可以放弃157纳米光刻,同时也延后了下一代光刻技术的到来。
浸没式光刻的数值孔径的大小是与使用液体的折射率直接相关的,因此,科学家们正在着眼于为第一代浸没式光刻技术选择折射率至少达到1.6的液体。这个折射率数值能够把193纳米光刻机的有效波长降低到大约116纳米左右。第三代液体的折射率为1.8,甚至更高,将可以得到~107纳米左右的有效波长。

JSR公司在去年晚些时候宣布利用193纳米浸没式光刻和基于它的SOLOnX技术研发的高折射率液体已经成功的实现了32纳米的图形(见图)。今年3月,JSR在SPIE Microlithography上透露了更多关于它高折射率液体研究的细节,并提及它的科学家已经研发了一系列折射率达到1.6以上的液体,而且其中一种液体的折射率高达1.664。但是这种折射率仅仅也只能被视为是第二代液体。超过了这个折射率范围,有一大堆的问题需要解决(见表),而且液体对193纳米波长的吸收也需要研究(为了得到适当的透射率,对193纳米波长的吸收越低越好)。

JSR的微电子材料部门经理Katsuhiko Hieda介绍,在去年的光刻会议(Microlithography conference)上许多人讨论了下一代液体的实用性,从那以后JSR就开始致力于高折射率液体的研究了。他说,高折射率液体的后备方案有很多,但其中一些液体容易和光刻胶反应,而另一些吸收率太高。Hieda补充说在水中掺入盐或者酸就是其中一组备选的高折射率材料,但是它们的透射率太低。而且,盐天生就会分解乃至与光刻胶以及和顶部疏水层发生反应;酸可以侵蚀设备和镜头。乙醇和它的衍生物(如丙三醇等)也具备高折射率,但同样也存在着低透射率和高黏度的缺点。低分子量的碳氢化合物可以实现对193纳米的高透射率,但是折射率不够高。因此JSR的研究主要集中于有机溶液方面。“幸运的是,我们发现了一种非常理想的材料。” Hieda说。
这种代号HIF-001的材料有相当稳定的吸收率表现,并且不会与顶部疏水涂层或光刻胶发生反应。在193纳米波长下,HIF-001的折射率达到1.64并且透射率为98%/mm。它的热稳定性和化学稳定性很好,不会产生对光刻机镜头以及其他设备部件的损害。与Canon合作,使用双束干涉曝光机以及不带顶部疏水涂层的高分辨率193纳米光刻胶,JSR成功获得了32纳米的线条图形。在这种情况下,预计数值孔径将会是1.5。
Hieda说,JSR近来开始与设备制造商合作,估计仍然需要好几年时间才能够使这种液体能够在浸没式光刻生产中实现商业使用,在那以前,业界仍然有许多的理由继续使用水和较低数值孔径的镜头实现预计的65纳米甚至45纳米技术节点。
