浸没式光刻技术的进一步演化

有时，仅通过重新考虑基本假设也可能实现重大突破。在寻求一项新光刻技术的过程中，在重新分析相关假设基础上提出的浸没式光刻技术是一个典型实例。重新分析描述一个系统分辨率能力的简单方程所包含的假设可知，该简单方程仅在空气情况下是精确的（即在折射率为1的材料中）。对于一般情况，应该把折射率n考虑进去，这时可以达到的分辨率R是^[48]：

图3-35 浸没式光刻示意图（图中所示的三种不同方案，从上到下，浸没程度增加）

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式中，NA是数值孔径，λ是光源波长；k是k比例因子。由于液体的折射率明显不等于1，这个方法开启了具有巨大潜力提高分辨率的新途径。例如，对193nm波长，水的折射率是1.44，这样在水中使用193nm光刻成像相当于在空气中使用134nm光刻，这对193nm的能力来说是个巨大的改善，而且还优于下一个可用的波长157nm。由B.Lin提出的这种光刻工艺，称为浸没式光刻。这种类型光刻的示意图如图3-35所示。这种技术的主要特点是在晶圆台与透镜之间有液体，要考虑的主要问题是液体媒质不仅要具有高折射率，而且黏滞度也要较高，能保证晶圆台相对于透镜的正常移动^[49，50]。按照晶圆台浸入液体的深度不同，现在已经提出了几种不同的方案^[52]。从晶圆台完全浸入到液体中到仅在透镜下维持一个液体气泡。第一种方式被称作潜入式晶圆台，整个晶圆台在液体中移动。这一情况下可能需要添加一台泵，使液体流速度能适应要求的晶圆台移动速度。另一个代替方案是使晶圆台位于液体之外，而将晶圆放入位于晶圆台上一个装有液体的槽中。还有一种方案是建议仅在透镜下方存在液体槽，只有少量液体随着透镜在晶圆上运动。与浸没式光刻相关的大部分技术问题是因为透镜与晶圆之间的高速移动，而位于他们之间的液体一定不能影响这种高速运动。特别是，在这种高速运动中，气泡的形成是主要问题。其他问题包括曝光时液体的加热问题和折射率的相关变化，能在水中成像的光刻胶的可用性是实施该技术的另一个潜在障碍。

这个方式只是最近才得到极大注意，曝光设备供应商对此展开了认真研究。这一技术的倡导者预计在65nm工艺中将会采用这一技术，但是这还是一个很大的挑战，因为目前这一曝光新技术还不成熟。