Litografía de inmersión

La litografía de inmersión es una técnica utilizada en la fabricación de semiconductores para mejorar la resolución y la precisión del proceso fotolitográfico . Consiste en utilizar un medio líquido, generalmente agua, entre la lente y la oblea durante la exposición. Al utilizar un líquido con un índice de refracción mayor que el del aire, la litografía de inmersión permite crear estructuras más pequeñas en la oblea. ^{[ 1 ]}

La litografía de inmersión reemplaza el espacio de aire habitual entre la lente final y la superficie de la oblea con un medio líquido cuyo índice de refracción es mayor que uno. La resolución angular aumenta en un factor igual al índice de refracción del líquido. Las herramientas actuales de litografía de inmersión utilizan agua altamente purificada como líquido, logrando tamaños de características inferiores a 45 nanómetros. ^{[ 2 ]}

La capacidad de resolver detalles en la litografía óptica está directamente relacionada con la apertura numérica del equipo de imagen, que es 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 "en seco" de mayor resolución enfocan la luz en un cono cuyo límite es casi paralelo a la superficie de la oblea. Dado que es imposible aumentar la resolución mediante una mayor refracción, se obtiene 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. ^{[ 3 ]}

La mejora de la resolución mediante litografía de inmersión es de aproximadamente un 30-40%, dependiendo de los materiales utilizados. Sin embargo, la profundidad de campo, o tolerancia en la planitud de la topografía de la oblea, mejora en comparación con la herramienta "seca" correspondiente a la misma resolución. ^{[ 4 ]}

La idea de la litografía por inmersión fue patentada en 1984 por Takanashi et al. ^{[ 5 ]} También fue propuesta por el ingeniero taiwanés Burn J. Lin y se llevó a cabo en la década de 1980. ^{[ 6 ]} En 2004, el director de tecnología de silicio de IBM , Ghavam Shahidi , anunció que IBM planeaba comercializar la litografía basada en luz filtrada a través del agua. ^{[ 7 ]}

Las preocupaciones sobre defectos, como el agua residual (marcas de agua) y la pérdida de adhesión entre la resina y el agua (burbujas o espacios de aire), han llevado a considerar el uso de una capa de acabado directamente sobre la fotorresina . ^{[ 8 ]} Esta capa de acabado serviría como barrera para la difusión química entre el medio líquido y la fotorresina. Además, la interfaz entre el líquido y la capa de acabado se optimizaría para reducir las marcas de agua. Al mismo tiempo, se deben evitar los defectos derivados del uso de la capa de acabado.

A partir de 2005, los Topcoats se habían optimizado para su uso como recubrimientos antirreflectantes , especialmente para casos de hiper-NA (NA>1). ^{[ 9 ]}

Para 2008, el recuento de defectos en las obleas impresas mediante litografía de inmersión había alcanzado un nivel cero. ^{[ 10 ]}

A partir del año 2000, los efectos de polarización debidos a altos ángulos de interferencia en la fotorresina se consideraron características cercanas a los 40  nm. ^{[ 11 ]} Por lo tanto, las fuentes de iluminación generalmente necesitan estar polarizadas azimutalmente para coincidir con la iluminación del polo para una imagen ideal de línea-espacio . ^{[ 12 ]}

A partir de 1996, esto se logró mediante velocidades de etapa más altas, ^{[ 13 ] [ 14 ]} que a su vez, a partir de 2013, fueron permitidas por fuentes de pulsos láser ArF de mayor potencia. ^{[ 15 ]} Específicamente, el rendimiento es directamente proporcional a la velocidad de etapa V, que está relacionada con la dosis D y el ancho de la ranura rectangular S y la intensidad de la ranura I _ss (que está directamente relacionada con la potencia del pulso) por V=I _ss *S/D. La altura de la ranura es igual a la altura del campo. El ancho de la ranura S, a su vez, está limitado por el número de pulsos para producir la dosis (n), dividido por la frecuencia de los pulsos láser (f), a la velocidad de escaneo máxima V _max por S=V _max *n/f. ^{[ 13 ]} A una frecuencia f y un número de pulsos n fijos, el ancho de la ranura será proporcional a la velocidad máxima de etapa. Por lo tanto, el rendimiento a una dosis dada mejora al aumentar la velocidad máxima de etapa, así como al aumentar la potencia del pulso.

En 2015, ASML informó que su plataforma de litografía de inmersión TWINSCAN NXT:1980Di alcanzó rendimientos de hasta 275 WPH, destinados a la fabricación de alto volumen. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

El límite de resolución para una herramienta de inmersión de 1,35 NA que opera a una longitud de onda de 193 nm es de 36 nm. Para superar este límite y alcanzar nodos inferiores a 20 nm se requiere un patrón múltiple . ^{[ 18 ]}

En 2016, Samsung anunció pruebas exitosas de un SoC de 10 nm que utiliza triple patrón, programado para producción en masa en 2017. ^{[ 19 ]}

• Inmersión en aceite
• Objetivo de inmersión en agua