La litografía por inmersión es una técnica de mejora de la resolución de la fotolitografía para la fabricación de circuitos integrados (CI) que reemplaza el espacio de aire habitual entre la lente final y la superficie de la oblea con un medio líquido que tiene un índice de refracción mayor que uno. La resolución aumenta en un factor igual al índice de refracción del líquido. Las herramientas de litografía de inmersión actuales utilizan agua altamente purificada para este líquido, logrando tamaños de características inferiores a 45 nanómetros. [1] ASML y Nikon son actualmente los únicos fabricantes de sistemas de litografía por inmersión.
La idea de la litografía por inmersión fue propuesta por primera vez por el ingeniero taiwanés Burn J. Lin y realizada en la década de 1980. [2] TSMC comenzó la producción comercial de 90 nanómetros nodos semiconductores utilizando litografía de inmersión en 2004. [3] El mismo año, IBM director de 's silicio tecnología, Ghavam Shahidi , anunció que los planes de IBM para comercializar la litografía basado en luz filtrada a través del agua. [4] La litografía por inmersión ahora se está extendiendo a nodos de menos de 20 nm mediante el uso de patrones múltiples .
La capacidad de resolver características en litografía óptica está directamente relacionada con la apertura numérica del equipo de imagen, siendo la apertura numérica el seno del ángulo de refracción máximo multiplicado por el índice de refracción del medio a través del cual viaja la luz. Las lentes de los escáneres de fotolitografía "seca" de mayor resolución enfocan la luz en un cono cuyo límite es casi paralelo a la superficie de la oblea. Como es imposible aumentar la resolución mediante una refracción adicional, se obtiene una resolución adicional insertando un medio de inmersión con un índice de refracción más alto entre la lente y la oblea. La borrosidad se reduce en un factor igual al índice de refracción del medio. Por ejemplo, para la inmersión en agua utilizando luz ultravioleta a una longitud de onda de 193 nm, el índice de refracción es 1,44.
La mejora de la resolución de la litografía por inmersión es aproximadamente del 30 al 40% (según los materiales utilizados). Sin embargo, [se necesita aclaración ] la profundidad de enfoque, o tolerancia en la planitud de la topografía de la oblea, se mejora en comparación con la herramienta "seca" correspondiente a la misma resolución. [5]
Defectos
La preocupación por los defectos, por ejemplo, el agua que queda atrás (marcas de agua) y la pérdida de la adherencia del agua resistente (espacio de aire o burbujas), han llevado a considerar el uso de una capa de acabado directamente sobre la capa protectora. [6] Esta capa superior serviría como barrera para la difusión química entre el medio líquido y el fotorresistente. Además, la interfaz entre el líquido y la capa superior se optimizaría para reducir la marca de agua. Al mismo tiempo, deben evitarse los defectos derivados del uso de la capa de acabado.
Las capas de acabado ahora se han ajustado para su uso como recubrimientos antirreflejos, especialmente para casos de hiper-NA (NA> 1). [7]
En 2008, los recuentos de defectos en las obleas impresas por litografía por inmersión habían alcanzado la capacidad de nivel cero. [8]
Impactos de polarización
Los efectos de polarización debidos a los altos ángulos de interferencia en la fotorresistencia también deben considerarse cuando las características se acercan a los 40 nm. [9] Por lo tanto, las fuentes de iluminación generalmente necesitarán polarizarse azimutalmente para que coincida con la iluminación del polo para obtener imágenes de espacio de línea ideales. [10]
Rendimiento
Las herramientas de litografía por inmersión actualmente cuentan con los rendimientos más altos (275 WPH) como objetivo para la fabricación de alto volumen. [11] Esto se logra a través de velocidades de etapa más altas, [12] [13] que a su vez, son permitidas por fuentes de pulso láser ArF de mayor potencia . [14] Específicamente, el rendimiento es directamente proporcional a la velocidad de la etapa V, que está relacionada con la dosis D y el ancho de la rendija rectangular S y la intensidad de la rendija I ss (que está directamente relacionada con la potencia del pulso) por V = I ss * S / D. La altura de la rendija es la misma que la altura del campo. El ancho de la rendija S, a su vez, está limitado por el número de pulsos para hacer la dosis (n), dividido por la frecuencia de los pulsos láser (f), a la máxima velocidad de exploración V max por S = V max * n / F. [12] A una frecuencia fija f y un número de pulso n, el ancho de la rendija será proporcional a la velocidad máxima de la etapa. Por lo tanto, el rendimiento a una dosis determinada se mejora aumentando la velocidad máxima de la etapa así como aumentando la potencia del pulso.
Patrones múltiples
El límite de resolución para una herramienta de inmersión de 1,35 NA que funciona a una longitud de onda de 193 nm es de 36 nm. Ir más allá de este límite en medio tono requiere múltiples patrones . En los nodos de memoria y fundición de 20 nm y más allá, ya se están utilizando patrones dobles y patrones triples con litografía de inmersión para las capas más densas.
Referencias
- ^ "DailyTech - IDF09 Intel demuestra los primeros chips de 22 nm discute la hoja de ruta de encogimiento de troquel" . Archivado desde el original el 28 de agosto de 2010 . Consultado el 7 de diciembre de 2009 .
- ^ Burn J. Lin (1987). "El futuro de la litografía óptica submicrométrica". Ingeniería microelectrónica 6 , 31–51
- ^ "Tecnología 90nm" . TSMC . Consultado el 30 de junio de 2019 .
- ^ "Un mundo completamente nuevo de chips" . Semana comercial . Archivado desde el original el 21 de febrero de 2011.
- ^ BJ Lin, J. Microlith Microfab. Microsyst. 1, 7 (2002).
- ^ Y. Wei y RL Brainard, Procesos avanzados para litografía de inmersión de 193 nm, (c) SPIE 2009, Ch.6.
- ^ JC Jung y col., Proc. SPIE 5753 (2005).
- ^ B. Rathsack y col., Proc. SPIE 6924, 69244W (2008).
- ^ C. Wagner y col. , Proc. SPIE vol. 4000, págs. 344 - 357 (2000).
- ^ BW Smith, LV Zavyalova y A. Estroff, Proc. SPIE 5377 (2004).
- ^ NXT: 1980Di
- ^ a b M. A. van den Brink y col., Proc. SPIE 2726, 734 (1996).
- ^ I. Bouchoms y col., Proc. SPIE 8326, 83260L (2012)
- ^ Fuente Cymer 120W ArFi