图１浸没式光刻系统。 其中投影透镜和晶片之充满水
收稿日期：２００８－０８－３１ 作者简介：郑金红（１９６７－），教授级高工，主要从事微电子化学品光刻胶的研究工作，发表过论文９篇，申请发明专利２ 项，舍著著作１部。 编者注：该文章是作者在２００８年９月苏州“２００８电子化学品产品开发及市场信息交流会”上的发言稿。文章刊出前进行了 内容更新。
浸没式光刻早期存在的水印、气泡 和残余物等缺陷问题已解决．已成为一 种主流性的光刻技术．水为介质的浸没 式光刻技术在２００８年已用于４５ｎｍ技术 节点的量产。采用的光刻胶大多为 １９３ｎｍ干法光刻胶加顶部涂层．顶部涂 料（ｔｏｐｅｏａｔ）是涂制在光刻胶膜表面的 一层材料．在光刻胶膜上形成一层保护 层．避免光刻胶与浸没液体的直接接触， 是解决光刻胶组分在浸没液体中的浸出 及污染等系列问题的有效手段。
德州大学奥斯汀分校Ｒａｓｈｉｄ ＥｎｇｉＩｌｅｅｒｉｎｇ董事会主席Ｇｒａｎｔ Ｗｉｉｌｓｏｎ 认为纳米压印光刻被用于３２ｒｉｍ节点的 可能性是很低的。存在的最大问题是 需要ｌ：ｌ的无缺陷的模板。
无掩膜电子束光刻胶由于曝光区 域小。生产效率低．不适合大规模生 产。ＭＩＴ的Ｓｍｉｔｈ认为电子柬光刻用 于３２ｎｍ节点的可能性实际上等于零。
能将其变为现实。 ＪＳＲ和ＤｕＰｏｎｔ都成功的实现了第
二代浸没液体（折射率．１．６５）。Ｓｃｈｏｔｔ Ｌｉｔｈｏｔｅｃ在镥铝石榴石（ＬｕＡＧ）高折射
率镜头材料方面取得重大进展。 ＪＳＲ宣布开发出对应３２ｎｍ级丁艺的 ＡｒＦ浸没光刻的无顶涂层光刻 胶．并且同尼康及东京电子共 同进行了光刻性能、缺陷、生 产性等方面的评估．评估显示 可用于先进内存及３２ｎｍ半导 体量产． Ｓｅｍａｔｅｃｈ进行了高折射 率光刻胶材料的开发．目标 是使光刻胶的折射率能够＞ １．９．并取得了很大进展。但 只有在采用第三代浸没流体
２８ 万方数据
产业市场
２００９年５月６日 第十七卷第９期
随着浸没式光刻技术的发展．以 水为浸没介质的１９３ｎｍ浸没式光刻技 术的数值孔径达到了理论极限１．３５． 这项技术的下一个发展方向是使用高 折射率的浸没液体和镜头材料。而通 过采用第二代浸没液体（折射率。 １．６５），其ＮＡ能够达到１．４５。如果再 配合使用高折射率镜头材料（镥铝石 榴石），其ＮＡ就可以增加到１．５５。采 用第ｉ代折射率达到一１．８的浸没液体 及高折射率镜头材料．ＮＡ就可以增加 到１．７５．这时需要具有近似折射率的 高折射率光刻胶。
斥５（
产业市场
我国光刻胶的 市场现状及发展趋势
郑金红 （北京科华微电－Ｉ＇Ｍ料有限公司，北京１０１３１２）
现代微电子技术按照摩尔定律在不 断发展．光刻技术也经历了从Ｇ线 （４３６ｎｍ），Ｉ线（３６５ｎｍ），到深紫外 ２４８ｎｍ．及目前的１９３ｒｉｍ光刻的发展历 程．相对应于各曝光波长的光刻胶也应
运而生，光刻胶中的关键组分，如成膜 树脂、感光剂、添加剂也随之发生变 化．使光刻胶的综合性能能更好地满足 集成丁艺制程要求。目前集成电路制作 中使用的主要光刻胶见表ｌ。
材料时才会需要使用高折射率的光刻
胶。 由于高折射率透镜材料的吸光率
问题还没有得到完全解决．目前还没 有一家光刻设备制造商开发出整合有 第二代流体材料、具有高ＮＡ投影光路 的全尺寸、高ＮＡ的浸没式光刻设备。
２ ＥＵＶ（极紫外）光刺技术 由于对高折射率技术成功与否存 在疑虑．在浸没式光刻技术发展的同 时．业界也在不断推动ＥＵＶ技术。在 ３２ｎｍ技术以下．ＥＵＶ光刻技术最有可 能取代ＡｒＦ浸没式光刻技术．进而成 为主流的生产技术解决方案．ＥＵＶ光 刻技术中最为关键、紧迫的难题是光 源的功率和使用寿命、光刻胶的分辨 率和敏感度以及光掩膜版的缺陷密度。 高能光源是实现大规模量产并降
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成腰僻膳
环化橡胶一双叠．环化橡胶
氮负胶
ｆ璺）ｔ开ｑ
双叠氮化合物
嵫光敬倪 紫外全谱 ３００－４５０ｎｍ
土鹫，Ｈ｜述 ２ｔｘｍ以上集成电路及半
导体分立器件的制作
酚醛树脂一重氮：酚醛树脂
重氯萘醌化合物 Ｇ线．４３６ｎｍ
萘醌正胶
Ｉ线．３６５ｎｍ
２４８ｎｍ光刻胶 聚对羟基苯乙烯 光致产酸剂
ＫｒＦ．２４８ｎｍ
１．１ １９３ｎｍ浸没式光刺技术＋双重 成像技术
一开始．半导体业界普遍相信曝 光波长为１３．５ｎｍ的极紫外光刻技术 （ＥＵＶＬ）将在２００９．２０１０进入市场， 满足３２ｎｍ的需求。然而事与愿违，在 过去的几年中这项技术进展缓慢．相 反．得益于双重成像技术（ｄｏｕｂｌｅ ｐａｔｔｅｒｕｉｎｇ。ＤＰ）的ＡｒＦ浸没式光刻技 术已经成为联系１９３ｎｍ光刻技术和 ＥＵＶＬ之间的纽带。１９３ｎｎｌ浸没式光刻 （ＮＡ：１．３５）单步曝光工艺．能够实现 ３２ｎｍ的分辨率。双重成像技术的成像 原理是通过将密集的电路图形一分为 二．从而降低每次图形密度。使分辨 率接近２２ｎｍ。
万方数据
斥５（
产业市场
我国光刻胶的市场需求
２００７年年底统计．我国已投产的 芯片生产线超过５０条．其中１２英寸线 ３条．８英寸线１２条．６英寸线１２条． ５英寸及以下２３条。从数量上看。国内 ８／１２英寸芯片生产线已经占国内芯片生 产线总数的１／４；从产能上看．８／１２英寸芯 片生产线产能占国内芯片总产能２，３。 可以说．８英寸以上的高端生产线已经开 始成为国内芯片制造行业的主体．国内 芯片制造行业开始迈向高端．
电子束
掩膜版制作
其共聚物
下一代光刻技术的发展趋势
在２００７年的的国际半导体技术线 路图中．对３２ｎｍ的下一代光刻技术提 出了５种可能方案：１９３ｎｍ浸没式光 刻＋双重曝光／双重图形，ＥＵＶ（极紫 外）光刻．１９３ｎ１１１浸没式光刻＋高折射 率浸没流体＋高折射率透镜．无掩膜电 子柬光刻．纳米压印。
１ １９３ｎｍ浸没式光捌技术 曝光机的数值孔径ＮＡ＝ｎＳｉｎ０．ｎ为
在液晶显示器方面．我国已有京东 方、上广电、龙腾光电３条５代Ｔ丌’－Ｉ．ＣＤ 面板生产线．上海天马一条４５代生产线： 深超广电一条５代线在建：京东方成都、 武汉东湖高新区２条４．５代线在建．
我国集成电路、液晶显示器行业的 蓬勃发展对光刻胶的需求量快速增长． 我国的光刻胶市场在２００３年市场规模 为ｌ亿元．而２００５年的光刻胶市场规 模已增长到２．５亿元左右．年增长率超 过５０％．远远超过国际光刻胶的增长速 度。预计２０１０年光刻胶市场规模将达 到２０亿元．光刻胶需求量将占全球总 量２０％左右．从对光刻胶的需求量来 看．目前及今后的相当一段时间之内． 紫外光刻胶的用量还将占据主导地位． 紫外负型光刻胶的用量约１００ｔ／ａ．紫外 正型光刻胶的用量（包括Ｉ。ＣＤ）在５０Ｑ以 上．而深紫外光刻胶的市场需求将呈快 速上升态势．预计到“十一五”末至 “十二五”初．对于深紫外光刻胶的需 求将突破百吨的规模。
浸没式光刻和双重成像技术是目 前能获得最高分辨率的光刻技术。
ＮＡＮＤ芯片的制造商认为在３２ｎｍ 技术节点中将采用双重成像加上基于 水的浸没式光刻技术。ＩＢＭ公司坚信 １９３ｎｍ浸没式光刻技术肯定可以用于 ３２ｎｍ制程的芯片生产．如此便可降低 更换新设备所需的成本。
１．２ １９３ｎｍ浸没式先刻技术＋高折 射率浸没流体＋高折射率透镜
低成本的前提和保障。根据预测．功 率＞１１５Ｗ的光源可以确保涂有敏感度
为５ｍＪ／ｃｍ２光刻胶的硅片的产能＞１００ 片／ｈ．对于敏感度达到１０ｍＪ／ｃｍ：的光 刻胶就需要１８０Ｗ的光源．而敏感度高 于２０ｍＪ／ｃｍ２的光刻胶甚至需要２００Ｗ 以上的光源以满足量产需求。目前 ＥＵＶ光源的功率可达到１００～１１５Ｗ．而 化学增幅型光刻胶的敏感度大多在１０～
３０ｍＪ／ｅｍ２。ＥＵＶ光源的功率与大规模量 产要求（产能＞１００片／ｈ）还有距离。
业界大多认为ＥＵＶ的机会在２２ｎｍ 或１６ｎｍ之后。
Ｓｅｍａｔｅｃｈ宣布通过与主要的光刻 胶供应商的合作。开发出了化学特性 放大的ＥＵＶ光刻胶．可支持２２ｒｉｍ半 节距分辨率。Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ声称其 ＥＵＶ光刻胶研发也已经达到２５ｒｉｍ的技 术水平。
于水在１９３ｎｍ波长的折射率为１．４４．比 空气大．一方面提高了透镜的ＮＡ值． 另一方面光通过水介质后．波长变短． 由１９３ｎｍ变成１９３ｒｉｍ／１．４４＝１３４ｒｉｍ。双 重作用使分辨率提高． 除了提高ＮＡ 值和分辨率外．浸没式光刻技术还有 第二个优越性．它可在相同的ＮＡ下 提供比干法设备更大的焦深．这可提 高丁艺极限．能在较难的Ｔ艺流程中 得到更高的良率。
我国光刻胶现状
目前我国光刻胶与国际先进水平相 比．在产品上大约相差４代以上。国外 已经推出用于４５ｎｍ技术节点的商品化 １９３ｎｍ浸没式光刻胶，我国只有低档ｇ 线正胶产品。高分辨ｇ、ｉ线正胶、 ２４８ｎｍ和１９３ｎｍ深紫外光刻胶均需依 赖进口．
“十五”期间．科技部为了尽快缩 小光刻技术配套用材料与国际先进水平 的差距．将新型高性能光刻胶列入了
０．５ｐ．ｍ以Ｉ：集成电路制作 ０．３５．０．５ｐ．ｍ集成电路制作 ０．２５—０．１５ｌｔｌ，ｍ集成电路制作
１９３ｎｍ光刻胶
晃瓣剂 及其衍生物
聚脂环族丙烯酸 酯及其共聚物
ＡｒＦ．１ ９３ｎｍ干法 １３０一６５ｎｍ集成电路制作
ＡｒＦ，１９３ｒｉｍ
４５ｒｉｍ以下集成电路制作
浸湿法
电子束光刻胶 甲基丙烯酸酯及 光致产酸剂
采用第二代浸没液体（折射率一 １．６５）．再结合使用高折射率透镜 （ＬｕＡＧ透镜）．ＮＡ就可以增加到１．５５。 如果再结合使用双重曝光技术．那么 可成为对半节距为２２ｎｍ技术节点的理 想解决方案．
采用第ｉ代折射率达到．１．８的浸 没液体及高折射率透镜．ＮＡ就可以增 加到１．７０．再结合使用高折射率光刻 胶（折射率＞１．９）．再结合其他光刻技 术．可能成为半节距为２２ｎｍ、甚至是 １６ｎｍ技术节点提供光刻的解决方案。 但这些解决方案不是天上掉馅饼．还 存在很多问题．需要进行不断研发才
“十一五”期间重点发展１２英寸 集成电路生产线．建设５条以上１２英 寸芯片生产线：建设１０条８英寸芯片 生产线。