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光刻：发展路径和未来趋势 山口佳一，征矢野晃雅，岛基之 （JSR株式会社 精细电子研究所 半导体材料研究室，日本） 摘要：光刻技术在半导体器件大规模生产中起着重要的作用。现在，很多先进加 工技术都采用ArF浸入式光刻技术。双重图像曝光和单边图像转移技术使ArF 浸入式光刻技术可以向32nm半节距 （HP)制造应用。为了加工更小的器件，需要 开发新的光刻技术。EUV光刻技术在制造22nm节距或更小的尺寸半导体中作为 下一代技术处于领先的地位。此外，纳米压印光刻技术和无掩膜光刻技术也被用 于小尺寸器件的制造工艺，然而，这些工艺还在研发过程，并且在大规模生产中 还有很多困难。本文，从材料角度对光刻技术大致描述，并分析未来的发展趋势。 关键字：光刻技术，纳米器件，分辨率增强，光刻胶材料 引言 随着智能手机，平板电脑等发展，高性能的芯片的需求也大幅增加。对于半 导体生产商而言，在限制的空间中生产多功能的芯片是一个持续的挑战。依据相 应的设计准则，每两年典型的尺寸要缩小一半。利用具有更短波长的光源的光刻 技术可以制作越来越好的光刻胶材料以实现尺寸更小的要求。对于应用于波长， 比如g段，i段，Kr和Ar 的光刻胶材料，选择合适树脂平台以获得被用波长透 光率是有必要的。从sub-60nm的节距开始，ArF浸入式光刻技术被应用，今天， 45nm 的器件大规模生产线也是利用了单曝光的ArF浸入式光刻技术。对于32nm 或更小尺寸的，单曝光技术已经不能生产加工，由于分辨率理论上的限制。图片 1展示了32nmHP或更小尺寸的生产技术。正如图片所示，有三种选着来解决这 个难题。第一，应用加工技巧外延的ArF浸入式光刻技术。双面曝光和单边技术 可以是ArF浸入式光刻技术延伸至32nmHP的生产中。第二个技巧就是引入更短 波长的光源。EUV光刻技术作为生产22nmHP及更小尺寸技术已经成为下一代逛 个坑技术的领先技术。最后是引入创新的下一代光刻技术以代替传统的光刻工 艺。可选择的方案比如纳米压印技术 （NIL），无掩膜技术 （MLL）和直接自组装 技术（DSA）都被认为是高级的方法，然而，现在仍然处在研发阶段。本文，通 过材料角度描述三种可能的选择及未来的发展趋势。 ArF浸入式光刻技术 多数半导体器件商已经在ArF浸入式光刻技术中采用面漆 （TC）材料。TC工 艺可以让平印工人在浸入工具中使用传统的ArF化学材料。但是，需要添加TC 保护过滤的工具。在大规模生产中，不使用TC 已经加速发展。这种工艺可以在 相同时间下完成ArF-dry层。因而，需要引入TC工艺，比如光刻胶表面的疏水 性，光刻胶中PAG 的低过滤性。单曝光的ArF浸入式光刻技术可以加工更好的 4x nm HP。 为了用ArF浸入式光刻技术生产小于4x nm HP,一些光刻工艺已经发展出现。 图片2 展示了各种双面曝光技术。双光刻刻蚀工艺（LELE）和双平垫片模式（SDA） 是当前将ArF浸入式光刻技术延伸至32nmHP 的解决方案。SDA主要应用在双重 线空间，生产存储器件。LELE需要两部刻蚀，这反过来增加复杂性及可能的不 足相对于一次刻蚀工艺。另一方面，光刻加工光刻刻蚀工艺 （LPLE）由于具有多 种模式的优点加速应用在HVM生产中。此外，对于商家来说，相比于LELE从产 量，投入，刻蚀机的投资方面具有更低的花费。 图片3表达了一些LPLE工艺模式的SEM 图像。通过LPLE 中凝固工艺成功的 转移了40nm复杂的2-D模式。26nm线空间模式和40nm多空模式也可以实现。 这些结构激励着我们延展ArF浸入式技术向更小的模式，但是，需要同时改善光 刻胶和HVM工艺。将来，一些混合工艺技巧和其他技术都会开发出来。 EUV光刻技术 EUV光刻技术是22nm及更小尺寸的领先的下一代代表。今天，仍然存在很多 挑战，包括光源，反光镜，掩膜和光刻胶。关于光刻胶，现在发展的优势是同时 改善分辨率（R），线宽粗糙度（LWR）和敏感度（S），以RLS熟悉。很多研究 集中在开发新的材料，比如分子玻璃，刻蚀聚合物，高产量PAG,感光剂和高吸 收树脂来打破RLS之间的界限。 EUV 中酸产生机制不同于ArF。EUV光吸收依赖于高EUV吸收，比如，氟或者 氧比碳更容易激发第二电子。氟聚合物通过吸收更多的EUV光子改善灵敏度，提 高PAG,因而可得到较高的灵敏度。正如图4所示，氟聚合物系统改善灵敏度且 不改变分辨率和LWR。 PAG也在EUV 中占据重要位置，尤其是对分辨率，LWR和敏感度