现代光刻机的发展历程与未来展望

摘要：

在过去的 30 多年,集成电路芯片的制造工艺通过不断减小芯片特征尺寸来提高芯片性能、降低芯片成本,而其中的光刻工艺一直是实现特征尺寸缩小的主要推动技术.光刻工艺中的细小图形需要通过光刻机来制作.可以说,光刻机的发展历程与芯片制造工艺需求息息相关.早期的光刻机是接触、接近式,极限分辨率周期约为 1.5 μm.随着技术节点的不断发展,线宽逐渐缩小,光刻机也由之前简单的接触、接近式结构发展到采用投影物镜成像的结构,即采用一个成像物镜将掩模版上的图形按照一定比例缩小投影到硅片上的光刻胶薄膜上,以获得更高的分辨率与更低的缺陷率.投影式光刻机的成像比例一般是 4∶1.目前深紫外光刻机和低数值孔径的极紫外光刻机的极限分辨率周期分别约为 76 nm和 26 nm.本文以各主流逻辑技术节点中关键层次的设计规则为主线,通过总结各技术节点的工艺窗口,描绘相应的投影式光刻机从 g线、i线到氟化氪(Krypton Fluoride,KrF)(248 nm)、氟化氩(Argon Fluoride,ArF)(193 nm)、ArF水浸没式光刻机,最后到最先进的投影式光刻机——极紫外光刻机的发展历程.并详细介绍各个阶段投影式光刻机的重要架构和功能模块,例如光源、照明系统、投影物镜、工件台材料和悬浮方式以及传感器类型等等,并对各个阶段光刻机的各技术指标进行分解.同时也整理了每个阶段光刻机引入的关键技术,尤其是与深紫外光刻机差异较大的极紫外光刻机中的特征技术.

关键词：先进集成电路、光刻机、光刻工艺

所属期刊栏目：4

分类号：TN43(微电子学、集成电路（IC）)

在线出版日期：2023-08-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共27页

页码：30-56