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本文摘要：如果历史可以重演的话，日本人Takanashi一定会新的自由选择申请专利的时间。

如果历史可以重演的话，日本人Takanashi一定会新的自由选择申请专利的时间。1984年，正是他在一项美国专利中定义了浸泡式光刻机最基本的结构特征，即在最后一级物镜与光刻胶之间充入一层半透明的液体。只惜这项专利问世的“过早”，确实意义上的浸泡式光刻要在若干年后才不会经常出现，Takanashi也因此与巨额专利费擦肩而过。

然而历史的发展就是这样不可思议，一个当时颇为大胆的点子在日后或许就不会风光无限。浸泡式光刻从最初的点子雏形到现如今推展摩尔定律继续前进，其间经历波折无数，未来也预见会是平缓大道。它的魅力到底在哪里，未来又会有哪些发展趋势呢？竟然我们带着对浸泡式光刻的疑惑一探到底吧。

为什么是浸泡式光刻？自从摩尔定律被明确提出，人类的想象力就获得了无限充分发挥的空间。每一次尺寸增大就意味著制程上的革新，一幕幕工艺上的改朝换代就这样大大首演，浸泡式光刻也早已踏上了历史舞台。浸泡式光刻的原型实验在上世纪90年代开始相继经常出现。1999年，IBM的Hoffnagle用于257nm干涉系统制作出有周期为89nm的密集图形。

当时用于的浸泡液是环辛烷。但因为当时对浸泡液的充入、镜头的沾污、光刻胶的稳定性和气泡的损害等关键问题缺少理解，人们未对浸泡式光刻进行了解的研究。2002年以前，业界普遍认为193nm光刻无法伸延到65nm技术节点，而157nm将沦为主流技术。

然而，157nm光刻技术遭遇到了来自光刻机透镜的极大挑战。这是由于绝大多数材料不会反感地吸取157nm的光波，只有CaF2只得可以用于。但研磨获得的CaF2镜头缺陷率和像劣很难掌控，并且价格非常便宜。

雪上加霜的是它的使用寿命也很短，频密替换镜头让芯片制造业无法忽视。不顾一切众多研究者在157nm浸泡式光刻面前踌躇不前时，时任TSMC资深处处长的林本贝利明确提出了193nm浸泡式光刻的概念。在157nm波长龙骨是不半透明的液体，但是对于193nm的波长则是完全几乎半透明的。

并且水在193nm的折射率高达1．44，而红外线只有1．33！如果把水这样一种非常理想的浸泡液，因应早已十分成熟期的193nm光刻设备，那么设备厂商只需做到较小的改良，重点解决问题与水浸泡有关的问题，193nm水浸式光刻机就近在咫尺了。同时，193nm光波在水中的等效波长延长为134nm，脚可打破157nm的无限大。193nm浸泡式光刻的研究旋即沦为光刻界追赶的焦点。

浸泡式光刻是所指在光刻机投影镜头与半导体硅片之间用一种液体充满著，从而取得更佳分辩率及减小镜头的数值孔径，进而构建更加小曝光尺寸的一种新型光刻技术（右图）。浸泡式光刻示意图让我们看一下光刻系统分辨率的知名Rayleigh方程：R＝kλ／NA式中λ是光的波长，NA是系统中透镜的数值孔径，k是分辨率系数，代表了所有的其它工艺变量。

显而易见，增大曝光光源的波长并减少投影透镜的NA都可以提升分辨率。自从193nm波长沦为主攻方向以后，减小NA沦为了业界人士孜孜不倦的执着。表格1是提升193nmArF浸泡式光刻机NA的方案。

由此可见，浸泡液、光刻设备和其它涉及环节的紧密配合是浸泡式光刻技术行进的确保。谁是水以后的接班人者？将液体置放主镜头和硅片之间，入射光线自然而然地就不会击穿比空气折射率更高的液体，这种方式本身并没提升特定投影图像的分辨率，但是它却需要彰显光刻机的镜头更高的数值孔径。NA＝nsinα，其中n是透镜周围介质的反射系数，α是透镜的拒绝接受角。

传统的“干法”光刻系统中，介质是反射系数为1的空气，则NA的理论最大值为1。使用具备更高反射系数的液体，浸泡技术有可能使系统的NA＞1。比如用于折射率为1．44的去离子水后，NA的理论最大值即为1．44。在193nm曝光系统中，分辨率R＝kλ／NA就可以超过k＊193／1．44＝132mn。

如果液体不是水而其它液体，但折射率比1．44低时，则实际分辨率可以十分便利地再度提升，也这是浸泡式光刻技术能迅速普及的原因。Nikon上海的技术部副总经理田晓明讲解说道，水作为浸泡液的众多优势是它与193nm光刻胶的反应较小，并且可以通过光刻胶的改良或是减少顶部覆盖层来减少水的影响。

这也是水需要被广泛应用的原因之一。

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