Введение

Метод фотолитографии, при котором между линзой и микрочипом находится слой воды. Иммерсионная литография – это технология, используемая в производстве полупроводников для повышения разрешения и точности литографического процесса. Она заключается в использовании жидкой среды, как правило воды, между линзой и подложкой во время экспонирования. Применение жидкости с более высоким показателем преломления, чем у воздуха, позволяет иммерсионной литографии создавать на подложке более мелкие элементы. Иммерсионная литография заменяет обычный воздушный зазор между последней линзой и поверхностью подложки жидкой средой с показателем преломления больше единицы. Угловое разрешение увеличивается в разы, равное показателю преломления жидкости. Современные установки иммерсионной литографии используют высокоочищенную воду в качестве этой жидкости, достигая размеров элементов менее 45 нанометров.

История

Идея погружной литографии была запатентована в 1984 году Таканаси и др. Она также была предложена тайваньским инженером Берном Дж. Лином и реализована в 1980-х годах. В 2004 году директор IBM по кремниевым технологиям Гавам Шахиди объявил, что IBM планирует коммерциализировать литографию, основанную на свете, пропущенном через воду. В настоящее время погружная литография расширяется до технологических норм менее 20 нм за счет использования многократного маскирования.

Предыстория

Способность разрешать детали в оптической литографии напрямую связана с числовой апертурой используемого оборудования, при этом числовая апертура определяется как синус максимального угла преломления, умноженный на показатель преломления среды, через которую распространяется свет. Линзы в фотолитографических сканерах с наивысшим разрешением фокусируют свет в конус, граница которого почти параллельна поверхности подложки. Поскольку дальнейшее увеличение разрешения за счет преломления невозможно, дополнительное разрешение достигается путем введения между линзой и подложкой погружной среды с более высоким показателем преломления. Нечеткость уменьшается в разы, равные показателю преломления среды. Например, при использовании воды в качестве погружной среды и ультрафиолетового излучения с длиной волны 193 нм, показатель преломления составляет 1,44. Улучшение разрешения при погружной литографии составляет примерно 30–40%, в зависимости от используемых материалов. Однако, глубина резкости, или допустимые отклонения в плоскостности топографии подложки, улучшается по сравнению с соответствующим "сухим" оборудованием при том же разрешении.

Дефекты

Проблемы, связанные с дефектами, например, остатки воды (водяные пятна) и потеря адгезии фоторезиста к воде (воздушные зазоры или пузыри), привели к рассмотрению возможности нанесения верхнего покрытия непосредственно на фоторезист. Это покрытие будет служить барьером для химической диффузии между жидкой средой и фоторезистом. Кроме того, интерфейс между жидкостью и верхним покрытием будет оптимизирован для снижения образования водяных пятен. При этом следует избегать дефектов, возникающих при использовании верхнего покрытия. К 2005 году верхние покрытия были оптимизированы для применения в качестве антиотражающих покрытий, особенно в случаях с высокой числовой апертурой (НА>1). К 2008 году количество дефектов на пластинах, изготовленных методом иммерсионной литографии, достигло нулевого уровня.

Влияние поляризации

С 2000 года эффекты поляризации, возникающие из-за больших углов интерференции в фоторезисте, стали проявляться при уменьшении размеров элементов до 40 нм. Поэтому для достижения оптимального разрешения при формировании линейных структур источники освещения обычно нуждаются в азимутальной поляризации, соответствующей поляризации освещения на полюсе.

Пропускная способность

С 1996 года этого удалось достичь за счет увеличения скорости перемещения сцены, которая, в свою очередь, с 2013 года стала возможна благодаря использованию источников импульсов ArF-лазера большей мощности. В частности, производительность напрямую пропорциональна скорости сцены V, которая связана с дозой D, шириной прямоугольного отверстия S и интенсивностью отверстия Iss (которая напрямую связана с мощностью импульса) соотношением V = Iss * S / D. Высота отверстия соответствует высоте поля. Ширина отверстия S, в свою очередь, ограничена количеством импульсов, необходимых для достижения заданной дозы (n), деленным на частоту лазерных импульсов (f), при максимальной скорости сканирования Vmax: S = Vmax * n / f.

Многообразное моделирование

Предельное разрешение для иммерсионного инструмента с NA 1,35, работающего на длине волны 193 нм, составляет 36 нм. Для достижения размеров меньше 20 нм требуется многошаговая литография. На технологических узлах 20 нм и ниже, а также для памяти, двойная и тройная литография с иммерсией уже используются для самых плотных слоев.