走向发展：157nm光刻技术的追求

波长小于193nm的激光光源，包括曝光波长为157nm的F₂激光与可能的126nm发射，以及主要曝光设备供应商正在开发的157nm曝光设备产品。除了光刻胶材料的实时可用性和激光源的可靠性等一般问题外，还有几个与157nm光刻问题相关的独特问题：与光学材料、污染以及用于保护掩膜版不受外部材料影响的聚合材料的可用性等相关的问题^[41，42]。

对157nm波长，目前只有效地开发出两种吸收能力足够低的实用光学材料：氟化钙（CaF₂）和熔融石英（一种无定形的，高纯的石英结构）。现在的248nm，甚至193nm系统中大部分的光学单元都采用熔融石英。熔融石英工艺技术已十分先进，材料的光学特性是完全各向同性的并其热膨胀系数极低。目前提得最多的熔融石英的替代物是氟化物，在现有的193nm曝光设备中就到了使用CaF₂——特别是在那些要承受最高紫外线曝光密度的部件。与熔融石英相比，它优良的阻挡辐射损伤的能力使之成为这些情况下选用的材料。存在两种不同的光学材料供选用，也使得可以对与波长相关的焦点偏移进行修正。由于已在193nm系统中得到应用，较大CaF₂晶锭的晶体生长和抛光技术已经非常先进。令人遗憾的是，业已发现的材料光学特性（本征双折射）并不完全是各向同性的，并且对157nm的影响远大于对193nm^[43]。这就对透镜设计提出了一个巨大的挑战，要求优化透镜材料方向，使得采用的材料将双折射效应减到最小^[44]。可以采用激光，但是它的带宽太大。较窄的带宽非常关键，因为几乎没有哪种材料可以被用来修正像差。为了使较宽的激光线宽的影响最小，正在研究几种利用反射表面的其他透镜设计^[45]，一个这样的设计是兼有反射光及折射光的系统。

对这一技术的进一步挑战与污染问题相关^[46]。在157nm辐射下，用于清除透镜的碳氢化合物材料会残留在玻璃上，发生分解并在透镜表面形成沉淀物。这些沉淀物增加了透镜单元的吸收性。业已发现，氘灯发出的紫外光可以用来清除碳；碳被氧化成气体CO₂后挥发。然而，由硅分解形成的沉积物则很棘手并且难以清除。因此，选用那些不能被气化除去的材料时必须格外小心，并且精心设计气体的清除速率，使得残存的污染物保持在ppt（parts per trillion，万亿分之一等级）水平。(www.xing528.com)

采用157nm另外一个主要的技术挑战与掩膜相关：确切地说，是如何保护掩膜不受外界材料（Foreign Material，FM）影响。掩膜上的FM会在每次曝光中导致在每个晶圆上重复形成缺陷，在最坏情况下会导致芯片不能工作。为了保护掩膜不受污染物的影响，其上覆盖了一层与铬图形相距几毫米的有机薄膜。这个距离足以使缺陷处于焦点之外，从而小的颗粒不会引起印制缺陷；大部分较大的缺陷则可以通过机械方法除去。包括193nm的所有技术使用的是能够阻挡紫外光的损伤并且足够透明的聚合材料薄膜^[47]。遗憾的是，虽然做了大量的研究，但是还没有发现一种适合于157nm工艺的材料。可以选用的替代物是熔融石英形成的保护性覆盖层。它们变得更厚，并在重力的作用下会产生弯曲，而这将影响图像的布局。

最可能使用157nm曝光设备的技术是65nm和45nm工艺。超高NA的193nm设备与功能强的RET的联合使用是这个节点基本光刻方法的强劲竞争者。当然，这些设备的机会窗口很窄，但是在65nm的试制生产中可能使用193nm设备。因此，几个主要的半导体制造商最近在他们的路线图中已不考虑157nm设备。