不同工艺节点k因子的变化情况

图3-5 所示为当工艺节点的特征尺寸不断缩小时，光刻技术所面临的日益严

图3-5 在半导体制造中曝光波长与最小特征尺寸演化情况对比

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图3-6 不同工艺节点k因子的变化情况

峻的问题。特征尺寸的减小速度已经超过了曝光波长的减小。从1980年到现在，批量生产和试制生产中使用的曝光波长已经从436nm下降到365nm、248nm直到193nm，缩小了243nm（约为原来的44%）。而在这段期间，特征尺寸由1.5μm下降到65nm，缩小了1.435μm（约为原来的4.3%），比波长的减小速率快了一个数量级。按照摩尔定律描述的特征尺寸的快速减小，很大程度上是由日益减小的图像尺寸与曝光波长之比来实现的。大约在1995年，光刻技术进入了特征尺寸小于成像光波波长的时代，这个时期被称作亚波长时代^[1]。正如我们看到的，只采用波长并不是评估光刻能力的最好方式；由半节距与数值孔径乘积再除以波长所定义的k因子是更好的评估方式。不同时期技术节点对应的k因子变化趋势如图3-6所示。由图可见，很幸运的是光刻机的能力改善远快于曝光波长趋势图，这主要是由于透镜数值孔径提高的结果，光刻设备由较早的0.28NA提高到0.85NA。虽然如此，对光刻的要求仍在剧烈地增长，并且k因子正快速接近最小可能值k=0.25。对于90nm工艺技术，考虑到工艺将采用NA为0.75的193nm曝光机，预计k因子大约是0.34。而对于65nm工艺，要求还不是很清晰，在65nm开始阶段，生产可能将依赖超高NA（≥0.85）的193nm光刻机，等效于k≈0.29。采用波长为157nm的下一代光刻机将可能是生产的主流选择。