Litografía de inmersión

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 por 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 actuales de litografía por inmersión utilizan agua altamente purificada para este líquido, logrando tamaños de características inferiores a 45 nanómetros.

Historia

La idea de la litografía por inmersión fue patentada en 1984 por Takanashi et al. También fue propuesto por el ingeniero taiwanés Burn J. Lin y realizado en los años 1980. En 2004, el director de tecnología de silicio de IBM, Ghavam Shahidi, anunció que IBM planeaba comercializar litografía basada en luz filtrada a través de agua. La litografía de inmersión ahora se está extendiendo a nodos de menos de 20 nm mediante el uso de múltiples patrones.

Fondo

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 en la resolución más alta "secas" Los escáneres de fotolitografía 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 mayor refracción, se obtiene una resolución adicional insertando un medio de inmersión con un mayor índice de refracción 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 de aproximadamente un 30 % a un 40 % dependiendo de los materiales utilizados. Sin embargo, la profundidad de enfoque, o tolerancia en la planitud de la topografía de la oblea, mejora en comparación con la correspondiente superficie "seca". herramienta a la misma resolución.

Defectos

Las preocupaciones sobre defectos, por ejemplo, agua que queda (marcas de agua) y pérdida de adhesión del protector al agua (espacios de aire o burbujas), han llevado a considerar el uso de una capa superior directamente sobre el fotoprotector. Esta capa superior serviría como barrera para la difusión química entre el medio líquido y el fotoprotector. Además, la interfaz entre el líquido y la capa superior se optimizaría para reducir las marcas de agua. Al mismo tiempo, se deben evitar los defectos derivados del uso de la capa final.

A partir de 2005, los Topcoats se habían ajustado para su uso como recubrimientos antirreflectantes, especialmente para casos de hiper-NA (NA>1).

En 2008, el número de defectos en las obleas impresas mediante litografía de inmersión había alcanzado el nivel cero.

Impactos de la polarización

A partir del año 2000, los efectos de polarización debidos a los altos ángulos de interferencia en el fotoprotector se consideraban características cercanas a los 40 nm. Por lo tanto, las fuentes de iluminación generalmente necesitan estar polarizadas azimutalmente para que coincidan con la iluminación del polo para obtener imágenes ideales en el espacio lineal.

Rendimiento

A partir de 1996, esto se logró mediante velocidades de etapa más altas, que a su vez, a partir de 2013 fueron permitidas por fuentes de pulso láser ArF de mayor potencia. 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 realizar la dosis (n), dividido por la frecuencia de los pulsos láser (f), a la velocidad máxima de escaneo V_max por S=V_máx*n/f. 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 mejora aumentando la velocidad máxima de la etapa así como aumentando la potencia del pulso.

Según la información de producto de ASML sobre twinscan-nxt1980di, las herramientas de litografía por inmersión actualmente contaban con los rendimientos más altos (275 WPH) como objetivo para la fabricación de gran volumen.

Múltiples patrones

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 a nodos de menos de 20 nm requiere múltiples patrones. En los nodos de fundición y memoria de 20 nm y más allá, ya se están utilizando patrones dobles y triples con litografía de inmersión para las capas más densas.