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准分子激光在传统工业的应用-半导体集成电路光刻

关键词:准分子激光器来源:春翔准分子激光器发布时间:2016-02-19
      准分子激光器作为传统的激光器家族成员,按气体激光介质种类可分为四类:1)稀有气体准分子激光器,2)稀有气体卤化物准分子激光器,3)卤素气体准分子激光器,4)稀有气体和卤素气体三原子准分子激光器。现在应用最广泛的是采用放电激励的稀有气体卤化物准分子激光器,如XeF、XeCl、KrF、ArF等。准分子激光器由激光介质和激励方式等决定了准分子激光具有波长短(351nm、308nm、248nm、193 nm等紫外波段)、功率高、能量大(单脉冲能量可达焦耳量级)、输出脉冲短、光斑面积大、光斑分布较均匀等特点。基于这些特点,准分子激光在工业和医疗等领域有着重要的应用。
春翔准分子激光器在应用上的表现
      下面重点谈谈准分子激光在传统工业上的应用—半导体集成电路光刻
      集成电路光刻是准分子激光器最大的用武之地。光刻工艺作为集成电路制造工艺中重要的一环,依附于全球巨大的半导体产业,准分子激光器的产值在整个激光加工产业中占有一定的市场份额。根据金融危机前2007 年的统计光刻用准分子激光器的年销售额就达约4亿美元,其市场占有率在所有工业应用激光器( 非激光二极管) 中名列第三, 仅次于固体激光器和CO2 激光器。
      半导体集成电路技术按照摩尔定律的规律发展的同时,光刻技术也随之不断发展。自从上世纪90年代光刻光源由436nm(g线)、365nm(i线)过渡到248nm(KrF)和193nm(ArF)准分子激光,光刻就进入了准分子激光时代,而这个时代由于技术上跳过了157nm以及13.5nmEUV极紫外的技术瓶颈造成推延,使得193nm准分子激光得以长期主宰光刻光源,促成了准分子激光器市场的长期稳定发展。
      随着半导体集成电路集成度的提高半导体器件尺寸的缩小,特别是半导体集成电路进入32 nm 节点, 193nm ArF准分子激光保持了其光刻光源主流地位,并有望应用到更低的22 nm 节点和16 nm节点。193nm ArF准分子激光在半导体光刻中的强大生命力得益于近年来光刻工艺在不断创新。最重要的创新技术就是引入了193nm浸没式光刻技术,该技术在传统的干式光刻(镜头与光刻胶之间为空气介质)的基础上通过引入液体介质改变折射率提高系统分辨率。相应的创新技术还有突破传统的单掩模一次曝光技术,采用双图形技术(DP)和多图形技术(MP)。国际半导体技术蓝图2013公布的路线图(图2)给出的半导体器件尺寸节点的缩小和对应的工艺路线,在DRAM和MPU的相关16nm节点工艺中,193nm多图形光刻工艺任然是选项之一。
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