当光刻胶曝光后,曝光区域的光致酸剂(PAG)将会产生一种酸。这种酸在后热烘培工序期间作为催化剂,将会移除树脂的保护基团从而使得树脂变得易于溶解。化学放大光刻胶曝光速递是DQN光刻胶的10倍,对深紫外光源具有良好的光学敏感性,同时具有高对比度,对高分辨率等优点。按照曝光波长分类;光刻胶可分为紫外光刻胶(300~450nm)、深紫外光刻胶(160~280nm)、极紫外光刻胶(EUV,13.5nm)、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X射线光刻胶等。不同曝光波长的光刻胶,其适用的光刻极限分辨率不同。即使拥有2nm电子束斑的曝光系统,要曝光出50nm以下的图形结构也不容易。湖南真空镀膜实验室

一般而言,KrF(248nm)光刻胶使用聚对羟基苯乙烯及其衍生物作为成膜树脂,使用磺酸碘鎓盐和硫鎓盐作为光致酸剂;而ArF(193nm)光刻胶则多使用聚甲基丙烯酸酯衍生物,环烯烃-马来酸酐共聚物,环形聚合物等作为成膜树脂;由于化学结构上的原因,Arf(193nm)光刻胶需要比KrF(248nm)光刻胶更加敏感的光致酸剂。虽然在2007年之后,一些波长更短的准分子光刻光源技术陆续出现,但是这些波段的辐射都很容易被光刻镜头等光学材料吸收,使这些材料受热产生膨胀而无法正常工作。少数可以和这些波段的辐射正常工作的光学材料,比如氟化钙(萤石)等,成本长期居高不下。再加上浸没光刻和多重曝光等新技术的出现,193nm波长ArF光刻系统突破了此前 65nm 分辨率的瓶颈,所以在45nm 到10nm之间的半导体制程工艺中,ArF光刻技术仍然得到了较普遍的应用。湖北共溅射真空镀膜光刻是平面型晶体管和集成电路生产中的一个主要工艺。

80年代末~90年代,0.35μm(I line)~0.25μm(DUV)。掩膜板缩小比例(4:1),曝光区域(Exposure Field)22×22mm(一次曝光所能覆盖的区域)。增加了棱镜系统的制作难度。扫描步进投影曝光(Scanning-Stepping Project Printing)。90年代末~至今,用于≤0.18μm工艺。采用6英寸的掩膜板按照4:1的比例曝光,曝光区域(Exposure Field)26×33mm。优点:增大了每次曝光的视场;提供硅片表面不平整的补偿;提高整个硅片的尺寸均匀性。但是,同时因为需要反向运动,增加了机械系统的精度要求。在曝光过程中,需要对不同的参数和可能缺陷进行追踪和控制,会用到检测控制芯片/控片(Monitor Chip)。
在半导体制程的光刻工艺中,集成电路线宽的特征尺寸可以由瑞利公式确定:CD= k1*λ/NA。CD (Critical Dimension)表示集成电路制程中的特征尺寸;k1是瑞利常数,是光刻系统中工艺和材料的一个相关系数;λ是曝光波长,而NA(Numerical Aperture)则表示了光刻机的孔径数值。因此,光刻机需要通过降低瑞利常数和曝光波长,增大孔径尺寸来制造具有更小特征尺寸的集成电路。其中降低曝光波长与光刻机使用的光源以及光刻胶材料高度相关。历史上光刻机所使用的光源波长呈现出与集成电路关键尺寸同步缩小的趋势。浸没式光刻系统的原理清晰而且配合现有的光刻技术变动不大。

准分子光刻技术作为当前主流的光刻技术,主要包括:特征尺寸为0.1μm的248nmKrF准分子激光技术;特征尺寸为90nm的193nmArF准分子激光技术;特征尺寸为65nm的193nmArF浸没式技术(Immersion,193i)。其中193nm浸没式光刻技术是所有光刻技术中较为长寿且较富有竞争力的,也是目前如何进一步发挥其潜力的研究热点。传统光刻技术光刻胶与曝光镜头之间的介质是空气,而浸没式技术则是将空气换成液体介质。实际上,由于液体介质的折射率相比空气介质更接近曝光透镜镜片材料的折射率,等效地加大了透镜口径尺寸与数值孔径(NA),同时可以明显提高焦深(DOF)和曝光工艺的宽容度(EL),浸没式光刻技术正是利用这个原理来提高其分辨率。影响光刻胶均匀性的参数:旋转加速度,加速越快越均匀;湖北共溅射真空镀膜
世界三大光刻机生产商浸没式光刻机样机都是在原有193nm干式光刻机的基础上改进研制而成。湖南真空镀膜实验室
世界三大光刻机生产商浸没式光刻机样机都是在原有193nm干式光刻机的基础上改进研制而成,较大降低了研发成本和风险。因为浸没式光刻系统的原理清晰而且配合现有的光刻技术变动不大,目前193nmArF准分子激光光刻技术在65nm以下节点半导体量产中已经普遍应用;ArF浸没式光刻技术在45nm节点上是大生产的主流技术。为把193i技术进一步推进到32和22nm的技术节点上,光刻**一直在寻找新的技术,在没有更好的新光刻技术出现前,两次曝光技术(或者叫两次成型技术,DPT)成为人们关注的热点。湖南真空镀膜实验室
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