这几期的光刻小讲堂，我们沿着光路，一路从光源、照明系统、讲到投影物镜。这期的光刻小讲堂我们要来为各位介绍另一个光刻大神——浸润式光刻系统（Immersion System）。

各位同学可能都听过浸润式光刻系统，但是可能对于什么是浸润式系统、为什么要用浸润式系统、以及它的原理和效果可能就一知半解啦。

今天，光刻小讲堂就带你解密浸润系统。

什么是浸润式系统

前几期有提到，所谓光刻，就是将高能雷射光穿过掩模版，形成的图案经过投影物镜聚焦成像在晶圆上。而浸润式光刻系统，就是在投影物镜的下方和晶圆之间充满了水。而传统的干式光刻机，投影物镜下方和晶圆之间是空气。

为什么用浸润式系统

上期我们提到，为了缩小线宽，我们可以透过增加投影物镜的直径来提高数值孔径。

那么，是不是我们可以不断地加大投影物镜的直径来持续获得更小的线宽呢？感觉上就不是那么一回事。那么为什么不行呢？极限在哪里？

这里要讲一个大家都了解的物理现象——折射，当光从一种透明介质斜射入另一种透明介质时，传播方向会发生变化。

在干式光刻机中，当光从投影物镜射出时，也就是经过了两种介质——玻璃、空气，会产生折射效应，射出投影物镜的光角度会产生变化。

当我们缩小线宽，为了仍可收到1阶衍射光而加大投影物镜的直径时，从投影物镜内聚焦的光角度也会愈来愈大，再经过折射效应，射出投影物镜的光角度会愈来愈接近水平。

最后，由于角度太大加上折射效应，投影物镜内的光产生全反射而返回物镜内，无法射出并聚焦在晶圆上。

DUV光刻机搭配Ar-F的光源，极限就在于65nm的线宽，小于65nm的线宽，光射不出投影物镜了，再加大投影物镜直径也是没有用的。

浸润式光刻机的概念，就在此时产生了。

浸润式系统的原理

如果让投影物镜和晶圆间充满了水，由于水的折射率和玻璃接近（在193nm波长的雷射中，空气=1，水=1.44，玻璃~1.5），从投影物镜射出的光折射角将会相当的小。

原来因为角度太大加上折射效应而产生全反射的光又可以射出而聚焦在晶圆上了。也就是因为有了浸润式光刻系统，我们就可以再加大投影物镜的直径，以获得更小的线宽。

原理并不难懂，但要将其实现，成为量产的工具，则是有重重难关要突破的。

例如，水中有气泡会让光散射，怎麽避免？高能雷射光是会加热水温的，而光刻机的控温是极端重要的，如何保持晶圆表面温度不变？曝光平台是来回极高速移动的，如何让水停留在投影物镜和晶圆间而不外流？

经过了重重的努力，ASML的研发人员一一克服了这些困难，制造出浸润式光刻系统。有了浸润式光刻，摩尔定律得以延续。

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