光（guāng）刻是集成电路重（chóng）要的加工工艺，他的作用，如同金工车间中车床的作用。在整个芯片制造工艺中，几乎每个工艺的实（shí）施，都离不（bú）开 光刻的技术（shù）。光刻也是制造芯片（piàn）的关键技术，他占芯片制造成本的35%以上。在如今的科技与社会发展中，光刻技术的增长，直（zhí）接关系到大型计算机（jī）的运作等高科技领（lǐng）域。

光刻（kè）技术（shù）与我们的（de）生活息息相关，我们用（yòng）的手（shǒu）机，电脑等各种各（gè）样的电子产品，里面的芯片制作离不开 光（guāng）科技束。如今（jīn）的**是一（yī）个信息社会，各种各样的信（xìn）息流在**流动。而光刻技术是**制造承（chéng）载信息的载体。在（zài）社（shè）会上拥有不可（kě）替代的作用。

光刻技术的原理

光刻机就是把芯片制作所需要（yào）的线路与功能区做出来。利用光刻机（jī）发出的光（guāng）通过具有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光，光刻胶见光（guāng）后会发生性质变化，从而使光罩上得图形（xíng）复印到薄片上，从而使薄片具有（yǒu）电子线路图的作用。这（zhè）就是光刻的作用，类似（sì）照相机照相。照相机拍摄的照片是印在底片上，而光（guāng）刻刻的不是照片，而是（shì）电路图和其他电子元件（jiàn）。

光刻技术是一种精 密的微细加工技术。常规光刻技术是采用（yòng）波长为（wéi）2000～4500埃的紫外光作为图像信（xìn）息载体，以光致抗光刻技术蚀（shí）剂为中间（图像记录）媒介实现图形的变换、转移和处理，把图像信息传递到晶（jīng）片(主要指硅片)或介（jiè）质层上的一种工艺。

在广义上，光刻包括光复（fù）印和刻蚀工艺两个主要方面：

1、光复印工艺：经曝光系统将预制在掩模版上的器件或电路图形按所要求的位置，**传递到预涂在晶片表面或介质层上的光致（zhì）抗蚀剂薄（báo）层上。

2、刻蚀工艺：利用化学或物理方法，将抗蚀剂薄层未掩蔽的晶片表面或介质层除去，从而在晶片表面或介质层上获得与（yǔ）抗蚀剂薄层图形完全一致的图形。集成电路各功能层是立体重叠的，因而光刻工艺总是多次反复进行。例如，大规模（mó）集成电路要经过约10次光刻才能完成各层图形的全部传递。

光（guāng）刻技术（shù）在狭义上，光刻工艺仅指（zhǐ）光复印工艺（yì）。

光刻技术的发展

1947年（nián），贝尔实（shí）验室发明一只（zhī）点接触晶体管。从此光刻（kè）技术开始了（le）发展。

1959年，**上一架晶体管计（jì）算机诞生，提（tí）出光刻（kè）工艺（yì），仙童半导体研制**一个适用单结构硅晶片。

1960年代，仙童提出CMOS IC制造工艺，一台（tái）IC计算机IBM360，并且建立了**上一台2英（yīng）寸集成电路生产线，美国GCA公司开（kāi）发出光学图形发生（shēng）器和分布重复精缩机。

1970年代，GCA开发出一台（tái）分布重复投影曝光机（jī），集成电路图形线宽从（cóng）1.5μm缩小到0.5μm节点。

1980年代，美国SVGL公司开发出（chū）一代步进扫描投影曝光机，集成电（diàn）路图形线宽从0.5μm缩小到0.35μm节点。

1990年代，n1995年，Cano着手300mm晶圆曝光机，推出EX3L和5L步进机； ASML推（tuī）出FPA2500，193nm波长步进扫描曝光机。光学光刻分辨率到达70nm的“极限”。

2000年以来，在光学光刻（kè）技术努力突破分辨率“极（jí）限”的同时，NGL正在研究，包（bāo）括极紫外（wài）线光刻技（jì）术，电子束光刻技术，X射线光刻技术，纳米（mǐ）压（yā）印技术等。

光学光刻技术

光学光刻是通过广德照射用（yòng）投影方法将掩模上的大规模集成电路器件的结构图形画在（zài）涂有光刻胶的硅片（piàn）上，通过光的照射，光刻胶的成分发生化学反应，从而生成电路图。限制成品所能获得的非常小（xiǎo）尺寸与光刻系统能获得的分辨率直接相关，而减小照射光源的波长是提高分辨率的有效（xiào）途径。因为（wéi）这个原因，开发新型短波（bō）长光源光刻机一直是各个**的研究热点。

除此之外，根据（jù）光的干涉特性，利用各种波前技术优化工艺参数也是提高分辨率的重要手段。这（zhè）些技术是运（yùn）用（yòng）电磁理论结（jié）合光刻（kè）实际对（duì）曝光成像进行深入的分（fèn）析所取得的突破。其中有移相掩膜、离轴（zhóu）照明技（jì）术、邻近效应校正等（děng）。运用这些技术，可在目前的技术水平上（shàng）获得更高分（fèn）辨率的光刻图形。

20世纪70—80年代，光（guāng）刻设备主要（yào）采用普通光源和汞（gǒng）灯作为曝光光源，其特征尺寸在微米级以上。90年代以来，为了适应IC集成度逐步提高的要求，相继出现了g谱线、h谱线、I谱线光源以及KrF、ArF等准分（fèn）子激光光源。目前光学光刻技术的（de）发（fā）展（zhǎn）方向主要表现为缩短曝光（guāng）光源波长、提（tí）高数（shù）值孔径和改进曝光方式。

移相掩模

光刻分辨率取决于照（zhào）明系统的（de）部分相干性、掩模图形空间频率和衬比及成象系统的数值孔径等。相移掩模（mó）技术的应用有（yǒu）可能用传统的光刻技术（shù）和i线光刻机在（zài）非常好（hǎo）照明下刻划出（chū）尺寸为传统方法之半的图形，而且（qiě）具有更大的焦深（shēn）和曝光量范围。相移掩模（mó）方法有可能克服线/间隔图（tú）形传（chuán）统光刻方法的局限性。

随着移相掩模技术的发展,涌现出众多的种（zhǒng）类, 大体上可分为交（jiāo）替式移（yí）相（xiàng）掩膜技术、衰减式移相掩模技术；边缘（yuán）增强型相移掩模, 包括亚分辨率相移掩模（mó）和自对准相移掩模；无铬全透明移相掩模及复合（hé）移相方式( 交替移相+ 全透明移相+ 衰减移相+ 二（èr）元铬掩模) 几类。尤其以交替型和全透明移相掩模对分辨率改善显著, 为实现亚（yà）波（bō）长光刻创造了（le）有利（lì）条件。

全透明移相（xiàng）掩（yǎn）模的特点是利用大（dà）于（yú）某宽度的（de）透明移相器图形边缘光相位突然发生180度变化, 在移相器边（biān）缘（yuán）两侧衍射（shè）场的干涉效应产生（shēng）一个形如“刀刃”光（guāng）强分布（bù）, 并在移相器所有边界线上（shàng）形成光强为零的暗区, 具有微细线条一分为二的分（fèn）裂效果, 使成像分辨率提高近1 倍。

光学曝光技术的潜力, 无论从理论还是实践上看都令人惊叹, 不能不刮目相看。其中利用控制光（guāng）学曝光过程中的光位相参数, 产生光的干涉效应,部分抵消了限制光学系统分辨（biàn）率的衍射效应的波前面（miàn）工程为代表的分辨率增强技术起到重要作用, 包括: 移相掩模技术、光学邻近效应校正技术、离轴照明技术、光（guāng）瞳空间滤波技（jì）术（shù）、驻波效应校正技术、离焦迭加增强曝光技术、表面成（chéng）像技术及多级（jí）胶结构工艺技术。在实用化方（fāng）面取得引人注目进展的要数移相掩模技术、光学邻近效应校正技术和离轴照明（míng）技术（shù）, 尤其浸没透镜曝光技术上的突破和两次曝光技术的应用, 为分辨率增强技术的应用（yòng）更创造了有利条件。

电子束光刻

电子束光刻技术是微型技术加工（gōng）发展的关键（jiàn）技术,他在纳米制造领域中（zhōng）起着不可替代的作用。电子束光（guāng）刻主要是刻画微小的电路图，电路通常是以纳米（mǐ）微单位的。电子束光刻技术不需要掩膜，直接将会聚的电子束斑打（dǎ）在表面涂（tú）有光刻（kè）胶的衬底上。

电子束光刻技术要应用于纳米尺度微小结构的加工和集成电路的光刻，必 须解决几（jǐ）个（gè）关键的技术问题（tí）：电（diàn）子束（shù）高精度扫描成像曝光效率低;电子在抗蚀剂和基片中的散射和背散射现象造成的邻近效应；在实（shí）现纳米尺（chǐ）度加工中电子抗蚀剂和电子束曝光及（jí）显影、刻蚀等工艺技术问题。

实践证明,电（diàn）子束邻近效应校正技术、电子束曝（pù）光与光学曝光系统的匹配和混合光刻技术及抗蚀剂曝光工艺优化技术的应用，是一种提高电子束光刻系统实际光刻分辨能力非常有效的办法。电子束光刻主要的就是金属化（huà）剥离（lí），一步（bù）是在光刻胶表面扫描到自己需要的图形。二（èr）部是将曝光的图形进行显影，去除（chú）未曝光的部分，第三部（bù）在形成的图形上沉淀金属，第四部将光刻胶（jiāo）去除，在金属剥离的过程中（zhōng），关键在于光刻工（gōng）艺（yì）的胶型控制。使（shǐ）用厚胶，这样有利于胶剂的渗透，形成清晰的形貌。

聚焦粒子束光刻

聚焦离子束(Focused Ion beam, FIB)的系统是利用电透镜将离子束（shù）聚焦成非常小尺寸的（de）显微切割（gē）仪器，她的原理与电子束光刻相近，不过是有电子变成离子（zǐ）。目前商业用途系（xì）统的离子束为（wéi）液态金属离子源，金（jīn）属材（cái）质（zhì）为镓，因（yīn）为镓元素具有熔点低、低蒸（zhēng）气压、及良好的抗氧化力；典型的离子束显微镜包括液相金属离子源、电透镜、扫描电极、二次粒子侦测器、5-6轴向移动的试片基座（zuò）、真空系统（tǒng）、抗振动（dòng）和磁场的装置、电子控制面板、和计算机等硬设备，外加电场于液相金属离子源 可使液态镓形成细小尖 端，再加上（shàng）负电场(Extractor) 牵（qiān）引尖 端的镓，而导出镓离子束，在一般工作电压下，尖 端电流密度约为1埃10-8 Amp/cm2，以电透镜聚（jù）焦，经过一连串变化孔径 (Automatic Variable Aperture, AVA)可决定离子束的大小，再经过二次聚焦至试片表面，利用物理碰撞来达（dá）到切割之目的。

在成（chéng）像方面，聚焦离子（zǐ）束显微镜和扫描电子显微镜的原理比较相近，其中离子束显微镜的试片表面（miàn）受镓离子扫描撞击而激发出的二次电子和二次离子是影像的（de）来源，影像的（de）分辨率决定于离子束的大小、带电离子的加速电压、二次离子讯号（hào）的强度、试片接地的（de）状况、与仪器抗振动和磁场的状况，目前商用机型的（de）影像分辨率高已（yǐ）达（dá） 4nm，虽然其分辨（biàn）率不及扫描式电子显微镜和穿透（tòu）式电子显微镜，但是对于定点结构的分析，它没有试片制备的问题，在工作时（shí）间上较为经济。

聚焦离子束投影曝光除了（le）前面已经提到的曝光（guāng）灵敏度极 高和没有邻近（jìn）效应之外还包括（kuò）焦深大于曝光深度可以控制。离子源发射的离子（zǐ）束（shù）具有非常好的平行性，离子束投影透镜（jìng）的数值孔径只有0.001，其焦深可达100μm，也就是说，硅片表面任何起伏（fú）在100μm之内，离子束的分辨力基本不（bú）变（biàn）。而光学曝光（guāng）的焦深只（zhī）有1～2μm为。她的主要作（zuò）用就是在（zài）电（diàn）路上进行修补 ，和生产线制成（chéng）异常分析或者进行光（guāng）阻切割。

EUV 光刻技术

在微电子技术的（de）发展历程中，人们一直（zhí）在研（yán）究开发（fā）新的IC制造技术来缩小线宽和（hé）增大芯片的容量。我们也（yě）普遍的把软X射（shè）线投影光刻称作（zuò）极紫（zǐ）外（wài）投影光刻。在（zài）光刻技术领域我们的科学家们对极紫外投影光刻EUV技术的研究.为深入也取得了突破（pò）性的进展，使极紫外投影光刻技术.有希望被普遍使用到以后（hòu）的集成电路生产（chǎn）当中。它支（zhī）持22nm以及更小线宽的（de）集成电路生产使用。

EUV是目前距实用（yòng）化近（jìn）期的一种深亚微（wēi）米的光刻技（jì）术。波长为157nm的准分子激光光刻技术也将近期投入应（yīng）用。如果采用（yòng）波长（zhǎng）为13nm的EUV，则可得到0.1um的细条。

在1985年左右已经有前辈（bèi）们就EUV技术进行了理论上的探讨并做了许（xǔ）多相关的（de）实验。近十年之后微电子行业（yè）的（de）发展受到重重阻碍才致人们有了忧患意识。并且从微电子技术的发展过程能判断出，若不早日推出极紫外光刻技术来对当前（qián）的芯片（piàn）制造方（fāng）法做（zuò）出全 面的改进，将使整个（gè）芯片工业处（chù）在岌岌可危的地步。

EUV系统主要由四部分构成：极 端紫外光源；反射投影系统；光（guāng）刻模板（bǎn）（mask）；能够（gòu）用于极 端紫外的光刻涂层（photo-resist）。

极 端紫外光（guāng）刻技术所使用的光刻机的对准套（tào）刻（kè）精度要达到10nm，其研发和（hé）制造原理实际上和传统的（de）光学（xué）光刻在原理（lǐ）上十分相似。对光刻机的研究重 点是要求定位（wèi）要极 其快速精 密（mì）以及逐场调平（píng）调焦技术，因（yīn）为（wéi）光刻机在工作时拼接图形和步进式扫描曝光的次数（shù）很多。不仅如此（cǐ）入射对（duì）准光波信号的采集以及处理问题还需（xū）要解决。

EUV技术当前状况

EUV技术的进展还是比较缓慢的，而（ér）且将消耗大量的资金。尽管目前很少厂商将这项（xiàng）技术应用到生产（chǎn）中，但是极紫外光刻技术却一直（zhí）是近（jìn）些年来的研究热点，所有厂商对这项技术也都充满了期盼，希望这项技（jì）术能有更大的进步，能够早日投（tóu）入大规模使用。

各家厂商都（dōu）清（qīng）楚，半导体工艺向（xiàng）往下刻，使（shǐ）用EUV技术是必 须的。波长越短，频率越高，光的能量（liàng）正比于频率，反比于（yú）波长。但（dàn）是因为频率过高，传（chuán）统的光溶胶直（zhí）接就（jiù）被打穿了。现在，半导体工艺的发展已经被许多物理学科从各个（gè）方面制约了。