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光刻技术的现状及未来发展 Lithography technology status and future development 作者：岳雯莹（Vivienne Yue） 单位：西安电子科技大学微电子学院 学号邮箱:yuewenying2003@ 摘要:光刻技术作为集成电路制造最重要的工艺之一，备受瞩目地发展了30年，已达到了一定的水平，也面临了一些问题。那么，今后的若干年后，它会有着什么样的发展呢？ 关键词：光刻技术（Lithography technology）；分辨率增强技术（Resolution-enhancement）；X射线光刻（X-ray Lithography），极紫外光刻（Extreme Ultraviolet Lithography），电子束投影光刻（E-beam Lithography）。 引言：光刻技术作为IC制造中最重要的工艺，它不仅决定着芯片的最小特征尺寸，还占据着制造成本的30﹪，可见在IC制造中，光刻技术有着弥足轻重的地位，在半个世纪以来，光刻技术不断进步为整个产业的发展提供了最为有力的技术支撑。历经50年，集成电路已经从上世纪60年代的每个芯片上仅几十个器件发展到现在的每个芯片上可包含约10亿个器件。在摩尔定律的指引下，半导体技术的集成度每3年提高4倍。 光刻技术作为半导体及其相关产业发展和进步的关键技术之一，一方面在过去的几十年中发挥了重大作用；另一方面，随着光刻技术在应用中技术问题的增多、用户对应用本身需求的提高和光刻技术进步滞后于其他技术的进步凸显等等，寻找解决技术障碍的新方案，去支持产业的进步显得非常紧迫。 一．光刻技术的重要地位 所谓光刻技术指的是集成电路制造中利用光学--化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术,其基本的原理为:光经过光学系统照射到设计好的掩膜(Mask)上,将掩膜图形投影到涂在硅片上的抗蚀剂层(Resist)使得抗蚀剂曝光(Exposure),通过显影(Development)可在抗蚀剂上获得与掩膜相同或者互补的图片,最后经过刻蚀(Etching)可将图形传递到硅片上,从而实现掩膜图形向硅片的转换。 光刻技术是集成电路制造技术中最复杂和最关键的工艺步骤之一，人们统称它为半导体工业的“领头羊”。在芯片制造中，会多次反复使用光刻技术，光刻也是决定了集成电路按照摩尔定律发展的一个重要原因，如果没有光刻技术的进步，集成电路就不可能从微米进入深亚微米再进入纳米时代。 据Sematech的必威体育精装版报告指出，全球光学光刻设备产业在研发157nm光刻技术中，己投入50亿美元，而在下一代光刻EUV设备的研发中，也己超过74亿美元，足见其高投入及高风险。 二．光刻技术面临的现状 随着集成电路产品技术需求的提升，光刻技术也不断地提高分辨率，以制作更小更细微的器件尺寸。就像ITRS对未来技术路径的修订一样，上世纪基本上3～5年修正一次，而进入本世纪后，基本上每年都有修正和新的版本出现，这充分说明了光刻技术的重要性和对产业进步的影响。也正是基于这一点，新一轮技术和市场的竞争正在如火如荼的展开，大量的研发和开发资金投入到了这场竞赛中。 下我先来了解一下光刻成像系统相质评价有几个重要指标： 光刻技术主要指标： （1）分辨率(Resolution)R=κλ/NA，表示能分辨的最小线宽，能分辨的线 宽越小，分辨率越高。 （2）焦深(Depth of focus)DOF=κλ/（NA）2，表示一定工艺条件下，能刻出最小线宽时像面偏离理想脚面的范围。。 （3）对比度CON=(Imax- Imin )/(Imax + Imin ),是评价成像图形质量的重要指标。 (4)特征线宽（Critical dimension,CD）控制、对准和套刻精度（Alignment and overlay）、产率以及价格 尺寸控制的要求是以高准度和高精度在完整的硅片表面产生器件特征尺寸。传统上提高光刻技术的分辨率无非是缩短曝光波长及增大镜头的数值孔径NA，通常缩短波长是最有效的方法之一。但是目前光波长缩短的速度跟不上集成电路规模缩小速度，这是一个很大的难题。??? 了解了这些指标，我们就可以从这些指标来了解光刻技术自1990年到现在的发展进程: 年代 NA κ λ/nm R/μm 曝光面积/nm*nm DOF/μm 1990 0.50 0.70 365 500 20*20 1.5. 1995 0.60 0.60 248 250 20*22 1.0 1999 0.70 0.50 248 180 26*34# 0.6 2002 0.70 0.45 248/193 1