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【兆恒機械】光刻技術在半導體產業中的重要地位(14)

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  • 添加日期:2021年03月17日

 

    ●二次曝光和二次圖形曝光技術

   遠紫外光刻技術存在的問題為一批新興技術提供了契機,譬如沉浸式光刻、無掩膜光刻和納米壓印光刻。但至少就32納米和22納米節點而言,領先的競爭技術還是193納米沉浸式光刻,這項光刻技術涉及“兩次曝光(doubleexposure)”和“兩次圖形曝光(double patterning)”這兩個熱門術語。



二次曝光原理圖

   二次曝光技術,是EUV的替代計劃。簡單來說就是先蝕刻一次,清洗,然后再蝕刻一次。這種技術目的在于解決目前EUV刻深不足的問題。EUV和傳統曝光都可以使用這項技術,但是主要還是針對EUV做優化的。但是二次曝光有一個嚴重的問題,是清洗和界面。因為第一次刻蝕之后清洗出來的地面是絕對不可能平整的,這會極大得影響第二次刻蝕的質量。

   VLSI研究公司認為,遠紫外光刻技術有一席之地。遠紫外光刻技術大有前途,但可能是在22納米之后的某個時候。遠紫外光刻技術會出現在16納米階段。同時VLIW對無掩膜光刻和納米壓印光刻較為悲觀。其首席執行官G.Dan Hutcheson認為“除了研究領域外,無掩膜光刻不可能取得成功。納米壓印光刻技術也在半導體行業沒有用武之地。”


IBM對于納米壓印光刻的研究

   這樣一來,193納米沉浸式光刻技術成了近期的選擇,EUV技術因為周邊配合不力被繼續推后。

   IBM公司最近宣布,它并沒有指望將遠紫外光刻技術用于邏輯芯片的22納米節點的早期開發階段——之前IBM還對此寄予希望,遠紫外光刻技術的前景顯得更黯淡了。IBM及合作伙伴聲稱,它們會把193納米沉浸式光刻技術向下擴展到22納米節點,這要歸功于兩次圖形曝光或者兩次曝光技術。

   在幕后,ASML、佳能和尼康彼此競相開發新的193納米沉浸式掃描光刻設備,這種設備用于兩次曝光和兩次圖形曝光時代。首款這種設備定于2008年年中前后推出。


二次曝光蝕刻成果

   兩次曝光的優點使得幾家芯片生產商已經將兩次圖形曝光技術運用到集成電路生產,據說美光科技公司也在此列。兩次圖形曝光要求進行兩次曝光,首先曝光一半線路、進行蝕刻、執行其他步驟。然后,另一光刻膠涂層做到圓晶上,另一半圖案在第一批線路之間的空隙里面曝光。這種方法成本高、速度慢,但從技術上來說相對容易,不過要求大約2nm的套刻精度(overlayaccuracy)。

   對于兩次曝光,它需要先曝光一批線路,然后在執行其他工藝步驟之前,將曝光圖案移到鄰近地方,對第二批線路進行曝光。雖然兩次曝光速度比兩次圖形曝光快,但關鍵是找到一種非線性光刻膠——這種光刻膠的化學特性能夠吸收來自鄰近曝光的弱光,又不會形成圖案。

   至于邏輯芯片的生產,IBM上周提議后段制程采用基于暗場、雙極照明的兩次曝光技術。雙極照明可以把掩膜圖案分為X軸和Y軸兩層,然后對它們進行兩次曝光。


32nm SRAM芯片,兩次圖形曝光和標準單次曝光對比

   IBM在實驗室里面使用了數值孔徑為0.93的193納米沉浸式掃描設備。IBM使用ASML的Maskweaver光學鄰近校正工具和專門的三層光刻膠,聲稱已演示了第一層金屬線之間的間距為90到100nm的器件。

   IMEC已開發出一種兩次圖形曝光技術,能夠獲得50納米半間距、單鑲嵌設計。IMEC使用了數值孔徑為0.85的193納米沉浸式掃描設備。它還采用與雙極照明相競爭的四極照明方案,使用了6%的軟相移掩膜(PSM)和有機材料的雙層光刻膠。

   應用材料公司在技術大會上演示了一種類似方法:自對準兩次圖形曝光技術,該技術面向干式光刻而不是沉浸式光刻,從而引起了人們的濃厚興趣。該方法采用了應用材料公司的先進圖膜(AdvancedPatterning Film)和等離子增強的化學氣相沉積系統。應用材料公司薄膜事業部的高級副總裁兼總經理FarhadMoghadam說:“該方法能夠使用193納米“干式”掃描設備獲得32納米線路和間隙壁。”