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.
Immersion lithography is a technique used in semiconductor manufacturing to enhance the resolution and accuracy of the lithographic process. It involves using a liquid medium, typically water, between the lens and the wafer during exposure. By using a liquid with a higher refractive index than air, immersion lithography allows for smaller features to be created on the wafer. Immersion lithography replaces the usual air gap between the final lens and the wafer surface with a liquid medium that has a refractive index greater than one. The angular resolution is increased by a factor equal to the refractive index of the liquid. Current immersion lithography tools use highly purified water for this liquid, achieving feature sizes below 45 nanometers.
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.