1. 研究目的与意义（文献综述）

1.目的及意义（含国内外的研究现状分析）

1.1研究背景及目的

集成电路(IC,Integrated Circuit)的不断发展要求单块芯片上集成越来越多的电子元器件，这就意味着刻蚀在芯片上的线宽不断缩小，然而，在分辨率跨越90nm之后，193nm的氟化氩干式光刻技术遭到了巨大的挑战。为了寻找切实可行的方法，浸没式光刻机在重重挑战下以其独有的优势脱颖而出，通过在最后一片投影物镜和硅片之间填充液体，利用液体折射率高于气体的特点，提高光刻分辨率，因其对传统干式光刻优点的完美继承，受到业内外的广泛关注。浸没式光刻是当前线宽28nm以下唯一获得大规模应用的光刻技术。而光刻机是极大规模集成电路制造中最核心的装备之一，其分辨率决定着集成电路的制造工艺能力。根据半导体发展联盟的路线图，半导体的特征尺寸线宽将会继续缩短到22nm、16nm甚至10nm。因而发展光刻技术，研发高性能高精度的光刻机对极大规模集成电路的促进不容忽视。

尽管浸没式光刻技术受到了如此大的关注，但此领域仍面临着巨大的挑战，而浸液的温度作为影响光刻机光刻质量的重要因素之一，对其精确和稳定的控制已成为高密度集成电路制造设备必不可少的组成部分。特别是浸没光刻中浸没系统温度稳定性和精确度的控制。浸没单元不仅要控制浸液的温度的稳定性，还要保证浸液的压力和流量满足一定的要求。浸没单元作为温度敏感部件或区域，不仅对单点的温度稳定性系数要求高，而且对温度场的均匀性要求也很高。

本毕业设计的目的在于：一、研究国内外在对于浸没液温度控制所采用的技术方案；二、分析浸没式光刻注液控制回路的动作时序，根据热交换的工艺流程图，模拟浸没式光刻机浸液温度、流场、压力的需求指标；三、设计一套浸液温控系统实验结构装置，结合浸液供给模块的物理架构和控制系统来完成注液控制回路的结构设计。

1.2研究意义

1.2.1光刻机的工作原理

图 2.光刻机的工作原理

光刻工艺是制造大规模集成电路的关键工艺，它通过曝光的方法将掩模上的图形转移到涂覆于硅片表面的光刻胶上，然后通过显影、刻蚀等工艺将图形转移到硅片上（图1）。它直接决定了大规模集成电路的特征尺寸，而光刻机就是完成这一工艺的主要设备。浸没式光刻机继承了干式光刻技的工艺（图2），但与之不同的是浸没式在投影物镜与硅片之间添加了一层液体（超纯水）以达到提高分辨率的目的。

由于光的衍射行为，光学系统的分辨率在物理上将受到衍射的限制，根据瑞利公式(式1-1)。式中R为光刻分辨率；K1为工艺因子；λ为激光波长；NA为数值孔径；θ为半孔径角，n为透镜组末端透镜与硅片之间介质的折射率。

(式1-1)

当光刻系统参数确定后，工艺因子K1以及激光波长λ保持不变。此时，在投影物镜和硅片之间填充高折射率的液体，将提高折射率n，从而获得更小的光刻分辨率R。此外，浸没液体温度的变化也会对折射率产生较大的影响，导致焦点（focus）和定位误差（overlay）的偏移量，浸没液体的温度的主要影响是温度不均匀导致的焦面垂向及水平偏移量可近似用如下公式（式1-2）计算：

（式1-2）

其中，d为光程，在此为流场厚度3.1mm。

因而通过对浸没液温度流场的控制，在提高浸没液体的折射率中起着至关重要的作用，浸没式光刻机的分辨率R有望进一步减小，最终特征线宽有望延续到10nm以下。

1.2.2国内外研究现状

为了适应半导体产业的迅速发展以及达到10nm及以下的节点，目前业内主流的光刻机生产厂商荷兰的ASML公司和日本的NIKON公司已经推出了最新的浸没式光刻机。NIKON生产的最新一代浸没式光刻机NSR-S630D单次曝光已经达到了38nm以下，多重曝光更是达到了10nm。ASML生产的TWINSCANNXT：1980Di浸没式光刻机的特征线宽与NIKON S630D相同，但是产率已经达到275片/小时。据统计，在中高端光刻机市场，ASML占据大约60%的市场份额，而最高端市场，其更是占据了80%的市场份额，其TWINSCAN系列是目前世界上精度最高，应用最广泛的高端光刻机型。目前全球绝大数半导体生产厂商，都向ASML采购TWINSCAN机型，例如英特尔（Intel），三星（Samsung），海力士（Hynix），台积电（TSMC），中芯国际（SMIC）等。据报道，2013年，全球半导体市场总规模3043亿美金，中国进口就有2322亿美金，高居全球第一，超过我国用于进口石油的费用。这说明中国已经成为大多数电脑、手机的生产大国，但是八成以上的芯片依赖进口，剩下的两成里，还有Intel在华的工厂部分产能，因而对于我国光刻技术的提升刻不容缓。

浸没式光刻机刚刚起步，单纯以浸没式光刻机的浸液为研究对象的并不多，而浸没系统要求的浸液为去离子的超纯水，但是超纯水在其他方面的应用却是十分的广泛，比如医药行业、微电子行业等。

浸没式光刻机从市场上来讲，最近两年ASML占据浸没式光刻机的90%以上，已经远远超出另外一家有能力制造光刻机尼康公司的市场份额。但是我国目前只能通过进口ASML的浸没式光刻机来完成对应套刻精度的芯片制造。加上瓦森纳协议对中国的技术封锁，我国需要独立自主研发浸没式光刻机。

出于核心技术的保护，针对浸没式光刻机浸没系统温度控制的方面目前国外的研究只能在ASML发表年限较早的专利中见到。而国内针对浸没系统温度控制的研究主要是华中科技大学李小平团队，该团队目前已完成科技部重大专项02专项预研中的浸没系统温度控制问题，发表专利6篇。

1.2.3浸液温控装置的概况

目前，国内对浸没式光刻机的浸液部分温度控制的装置研究的还不多，相关理论也不太成熟。其中，超纯水的制备就需要一系列复杂的工艺。而超纯水的制备模块主要是厂务水的净化处理，而我们所需要做的就是温度控制模块的设计，经过净化后的超纯水需要经过精密温度控制才能应用。温度控制的目标是 22℃±0.01℃。如此高精度的温度控制要求需要精密控制元件才能达到目的。整个温度控制模块主要包括两个子模块：(1)流体系统，主要包括热交换器、流量控制器、节流阀、增压泵等元件。(2)电器系统，主要包括 PID 控制器、PLC 控制器、液晶显示屏、主控单元等。图 3是集成超纯水制备模块和温度控制模块的工艺流程图。

图 3.浸没液体温控工艺流程图

通过该项毕业设计：一、有助于进一步了解浸没式光刻机的温度控制机理，对注液控制回路的动作时序更加清晰，对温度控制的结构设计提供理论依据；二、目前国内浸没式光刻技术刚刚起步，国外的资料又相对封闭，在国际光刻技术迅猛发展的情况下，我们也不甘落后。所以，更有必要研究相关浸没液体温度控制技术。

2. 研究的基本内容与方案

2.研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1研究的基本内容及目标

2.1.1基本内容

浸液供给温控指标相关的功能单元为浸液供给模块

图 4. 浸液供给温控指标相关功能单元

浸液供给模块细分为subfab中upwc1和upwc2和eim中的upw unit三个模块。由于被控对象upw需要经过长管路和多个模块最终输入到浸没单元模块，所以为了逐步提高温控的精度和实现最终的调节能力，需要结合各模块的物理架构和控制系统设计来设定每个模块对应的目标温度值。

3. 研究计划与安排

3.进度安排

4. 参考文献（12篇以上）

4、参考文献

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