二次曝光和二次图形曝光技术

    ● 二次曝光和二次图形曝光技术

    远紫外光刻技术存在的问题为一批新兴技术提供了契机，譬如沉浸式光刻、无掩膜光刻和纳米压印光刻。但至少就32纳米和22纳米节点而言，领先的竞争技术还是193纳米沉浸式光刻，这项光刻技术涉及“两次曝光（double exposure）”和“两次图形曝光（double patterning）”这两个热门术语。

二次曝光原理图

    二次曝光技术，是EUV的替代计划。简单来说就是先蚀刻一次，清洗，然后再蚀刻一次。这种技术目的在于解决目前EUV刻深不足的问题。EUV和传统曝光都可以使用这项技术，但是主要还是针对EUV做优化的。但是二次曝光有一个严重的问题，是清洗和界面。因为第一次刻蚀之后清洗出来的地面是绝对不可能平整的，这会极大得影响第二次刻蚀的质量。

    VLSI研究公司认为，远紫外光刻技术有一席之地。远紫外光刻技术大有前途，但可能是在22纳米之后的某个时候。远紫外光刻技术会出现在16纳米阶段。同时VLIW对无掩膜光刻和纳米压印光刻较为悲观。其首席执行官G. Dan Hutcheson认为“除了研究领域外，无掩膜光刻不可能取得成功。纳米压印光刻技术也在半导体行业没有用武之地。”

IBM对于纳米压印光刻的研究

    这样一来，193纳米沉浸式光刻技术成了近期的选择，EUV技术因为周边配合不力被继续推后。

    IBM公司最近宣布，它并没有指望将远紫外光刻技术用于逻辑芯片的22纳米节点的早期开发阶段——之前IBM还对此寄予希望，远紫外光刻技术的前景显得更黯淡了。IBM及合作伙伴声称，它们会把193纳米沉浸式光刻技术向下扩展到22纳米节点，这要归功于两次图形曝光或者两次曝光技术。

    在幕后，ASML、佳能和尼康彼此竞相开发新的193纳米沉浸式扫描光刻设备，这种设备用于两次曝光和两次图形曝光时代。首款这种设备定于2008年年中前后推出。

二次曝光蚀刻成果

    两次曝光的优点使得几家芯片生产商已经将两次图形曝光技术运用到集成电路生产，据说美光科技公司也在此列。两次图形曝光要求进行两次曝光，首先曝光一半线路、进行蚀刻、执行其他步骤。然后，另一光刻胶涂层做到圆晶上，另一半图案在第一批线路之间的空隙里面曝光。这种方法成本高、速度慢，但从技术上来说相对容易，不过要求大约2nm的套刻精度（overlay accuracy）。

    对于两次曝光，它需要先曝光一批线路，然后在执行其他工艺步骤之前，将曝光图案移到邻近地方，对第二批线路进行曝光。虽然两次曝光速度比两次图形曝光快，但关键是找到一种非线性光刻胶——这种光刻胶的化学特性能够吸收来自邻近曝光的弱光，又不会形成图案。

    至于逻辑芯片的生产，IBM上周提议后段制程采用基于暗场、双极照明的两次曝光技术。双极照明可以把掩膜图案分为X轴和Y轴两层，然后对它们进行两次曝光。

32nm SRAM芯片，两次图形曝光和标准单次曝光对比

    IBM在实验室里面使用了数值孔径为0.93的193纳米沉浸式扫描设备。IBM使用ASML的Maskweaver光学邻近校正工具和专门的三层光刻胶，声称已演示了第一层金属线之间的间距为90到100nm的器件。

    IMEC已开发出一种两次图形曝光技术，能够获得50纳米半间距、单镶嵌设计。IMEC使用了数值孔径为0.85的193纳米沉浸式扫描设备。它还采用与双极照明相竞争的四极照明方案，使用了6%的软相移掩膜（PSM）和有机材料的双层光刻胶。

    应用材料公司在技术大会上演示了一种类似方法：自对准两次图形曝光技术，该技术面向干式光刻而不是沉浸式光刻，从而引起了人们的浓厚兴趣。该方法采用了应用材料公司的先进图膜（Advanced Patterning Film）和等离子增强的化学气相沉积系统。应用材料公司薄膜事业部的高级副总裁兼总经理Farhad Moghadam说：“该方法能够使用193纳米“干式”扫描设备获得32纳米线路和间隙壁。”