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光刻機(jī)是生產(chǎn)大規(guī)模集成電路的核心設(shè)備，制造和維護(hù)需要高度的光學(xué)和電子工業(yè)基礎(chǔ)，世界上只有少數(shù)廠家掌握。因此光刻機(jī)價格昂貴，通常在3，000至5，0000萬美元。

1984年，日本人Takanashi在一項美國中定義了浸入式光刻機(jī)zui基本的結(jié)構(gòu)特征，即在zui后一級物鏡與光刻膠之間充入一層透明的液體。

浸入式光刻是指在光刻機(jī)投影鏡頭與半導(dǎo)體硅片之間用一種液體充滿，從而獲得更好分辯率及增大鏡頭的數(shù)值孔徑，進(jìn)而實現(xiàn)更小曝光尺寸的一種新型光刻技術(shù)（圖1）。

讓我們看一下光刻系統(tǒng)分辨率的Rayleigh方程：
           R=kλ/NA
式中λ是光的波長，NA是系統(tǒng)中透鏡的數(shù)值孔徑，k是分辨率系數(shù)，代表了所有的其它工藝變量。顯而易見，減小曝光光源的波長并增加投影透鏡的NA都可以提高分辨率。自從193nm波長成為主攻方向以后，增大NA成為了業(yè)界人士孜孜不倦的追求。表1是提高193nm ArF浸入式光刻機(jī)NA的方案。由此可見，浸入液、光刻設(shè)備和其它相關(guān)環(huán)節(jié)的緊密配合是浸入式光刻技術(shù)前進(jìn)的保證。

將液體置于主鏡頭和硅片之間，入射光線自然而然地就會穿透比空氣折射率更高的液體，這種方式本身并沒有提高特定投影圖像的分辨率，但是它卻能夠賦予光刻機(jī)的鏡頭更高的數(shù)值孔徑。

NA=n sinα，其中n是透鏡周圍介質(zhì)的折射系數(shù)，α是透鏡的接受角。傳統(tǒng)的“干法”光刻系統(tǒng)中，介質(zhì)是折射系數(shù)為1的空氣，則NA的理論zui大值為1。采用具有更高折射系數(shù)的液體，浸入技術(shù)有可能使系統(tǒng)的NA>1。比如使用折射率為1.44的去離子水后，NA的理論zui大值即為1.44。在193nm曝光系統(tǒng)中，分辨率R=kλ/NA就可以達(dá)到k*193/1.44=132mn。如果液體不是水而其它液體，但折射率比1.44高時，則實際分辨率可以非常方便地再次提高，也這是浸入式光刻技術(shù)能很快普及的原因。浸入式光刻的數(shù)值孔徑大小是與使用液體的折射率是直接相關(guān)的。因此，人們正在著眼于尋找除水以外具有更大折射率的液體。

早在2005年SPIE Microlithography的年會上，JSR和DuPont等公司就已經(jīng)公布了它們的高折射率液體的研發(fā)計劃。在選擇高折射率液體時，考慮的重點包括：與光刻膠沒有反應(yīng)；光透過率高；折射率高；其它各種特性良好（表2）。已研發(fā)出的第二代浸入液的折射率為1.64，該液體氧氣的吸收很少，即便被曝露于空氣中性能也十分穩(wěn)定。并且由于蒸汽壓很低，所以很難發(fā)生熱分解。這個折射率數(shù)值能夠把193nm光刻機(jī)的有效波長降低到大約116nm左右。至于第三代浸入液，它的折射率應(yīng)為1.8左右，同時還需要有更高折射率的鏡頭才能達(dá)到約1.65的NA值。

浸入液體在未來仍有許多問題亟待解決：什么樣的液體更適合浸入式光刻的需求；液體的供給與回收；液體傳輸中的流速、氣泡、溫度、壓力的控制；液體特性，例如流速、氣泡、溫度、壓力變化對光學(xué)性能（折射率，吸收，散射、雙折射、像差）的影響及其測量與控制；偏振光照明時，液體與抗蝕劑的相互作用；液體折射率與液體兩側(cè)元件折射率匹配；液體與光刻環(huán)境中相關(guān)元件的兼容性等。

對于光刻設(shè)備來說，鏡頭是制約發(fā)展的主要瓶頸之一。通過改善光學(xué)主鏡頭來提高光刻機(jī)NA的主要途徑有兩個：一是用彎曲主鏡頭替代平面鏡頭。但彎曲主鏡頭的表面很難控制浸入液體的流動，用于浸入式光刻機(jī)有一定難度；二是尋找高折射率的光學(xué)主鏡頭材料。目前193nm ArF浸入式光刻機(jī)主鏡頭折射率為1.56，IBM與JSR聯(lián)合推出Nemo系統(tǒng)主鏡頭采用高密度石英材料，其折射率為1.6。

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