光 刻 技 术 新 进 展

光 刻 技 术 新 进 展

目前，集成电路已经从60年代的每个芯片上仅几十个器件发展到现在的每个芯片上可包含约10亿个器件，其增长过程遵从一个我们称之为摩尔定律的规律，即集成度每3年提高4倍。这一增长速度不仅导致了半导体市场在过去30年中以平均每年约15%的速度增长，而且对现代经济、国防和社会也产生了巨大的影响。集成电路之所以能飞速发展，光刻技术的支持起到了极为关键的作用。因为它直接决定了单个器件的物理尺寸。每个新一代集成电路的出现，总是以光刻所获得的线宽为主要技术标志。

光刻技术的不断发展从三个方面为集成电路技术的进步提供了保证：其一是大面积均匀曝光，在同一块硅片上同时做出大量器件和芯片，保证了批量化的生产水平；其二是图形线宽不断缩小，使用权集成度不断提高，生产成本持续下降；其三，由于线宽的缩小，器件的运行速度越来越快，使用权集成电路的性能不断提高。

1．光学光刻

光学光刻是通过光学系统以投影方法将掩模上的大规模集成电路器件的结构图形"刻"在涂有光刻胶的硅片上，限制光刻所能获得的最小特征尺寸直接与光刻系统所能获得的分辨率直接相关，而减小光源的波长是提高分辨率的最有效途径。因此，开发新型短波长光源光刻机一直是国际上的研究热点。目前，商品化光刻机的光源波长已经从过去的汞灯光源紫外光波段进入到深紫外波段（DUV），如用于0.25微米技术的KrF准分子激光（波长为248纳米）和用于0.18微米技术的ArF准分子激光(波长为193纳米)。

2．极紫外光刻（EUVL）

极紫外光刻用波长为10-14纳米的极紫外光作 光源。虽然该技术最初被称为软X射线光刻，但实际上更类似于光学光刻。所不同的是由于在材料中的强烈吸收，其光学系统必须采用反射形式。如果EUVL得到应用，它甚至可能解决2012年的0.05微米及以后的问题，对此发展应予以足够重视。

准确地说，EU VL是光波波长为1 l～14nm的极端远紫外光波．经过周期性多层薄膜反射镜入射到反射掩膜上，再通过有多面反射镜组成的缩小投影系统，将反射掩膜上的集成电路几何图形投影成像到硅片上的光刻胶中，形成集成电路所需要的图形。EUVL与l 57nm光学光刻的原理类似部是用短波波长光和反射投影成像，但是EUVL与光刻最大的区别是它的成像必须在真空中。因为物质在EUV波段表现出的性质与在可见光和紫外光波段截然不同，EUV辐射被所有物顷包括气体强烈吸收。但是．还是有很多要解决的天键技术：

1)极紫外光光源。主要有同步辐射和激光等离子体两种·

2)新的透镜材料和超精密光学元件加工技术。

3)更高的数值孔径光学系统；

4)解决移相和光学临近效应矫正等波前工程技术

3．X射线光刻（XRL）

X射线光刻技术是以同步辐射环产生的X射线作为曝光光源的接近式曝光系

统。它的主要优点是：

1)焦深大，光刻图形侧肇陡育-

2)无需成本昂贵的_)匕学投影系统-

3)无敝射地产牛曝光l冬1形·

4)对掩8葵上的缺陷不敏感·

5)不存在显著影响分辨率的物理效应。

XRL光源波长约为1纳米。由于易于实现高分辨率曝光，自从XRL技术在70年代被发明以来，就受到人们广泛的重视。欧洲、美国、日本和中国等拥有同步辐射装置的国家相继开展了有关研究，是所有下一代光刻技术中最为成熟的技术。

4．电子束光刻（EBL）

电子束光刻采用高能电子束对光刻胶进行曝光从而获得结构图形，由于其德布罗意波长为0.004纳米左右，电子束光刻不受衍射极限的影响，可获得接近原子尺度的分辨率。电子束光刻由于可以获得极高的分辨率并能直接产生图形，不但在VLSI制作中已成为不可缺少的掩模制工具，也是加工用于特殊目的的器件和结构的主要方法。

5．离子束光刻（IBL）

离子束光刻采用液态原子或所态原子电离后形成的离子通过电磁场加速及电磁透镜的聚焦或准直后对光刻胶进行曝光。其原理与电子束光刻类似，但德布罗意波长更短（小于0.0001纳米），且有无邻近效应小、曝光场大等优点。离子束光刻主要包括聚焦离子束光刻（FIBL）、离子投影光刻（IPL）等。其中FIBL发展最早，最近实验研究中已获得10纳米的分辨率。该技术由于效率低，很难在生产中作为曝光工具得到应用，目前主要用作VLSI中的掩模修补工具和特殊器件的修整。

6．纳米压印光刻技术

纳米压印光刻技术的研究始于普林斯顿大学纳米结构实验室Stephen Y.Chou教授，将一具有纳米图案的模版以机械力（高温、高压）在涂有高分子材料的硅基板上等比例压印复制纳米图案，其加工分辨力只与模版图案的尺寸有关，而不受光学光刻的最短曝光波长的物理限制，目前NIL技术已经可以制作线宽在5nm以下的图案[1]。由于省去了光学光刻掩模版和使用光学成像设备的成本。因此NIL技术具有低成本、高产出的经济优势。此外，NIL技术可应用的范围相当广泛，涵盖纳米电子元件、生物或化学的硅片实验室、微流道装置（微混合器、微反应器），超高存储密度磁盘、微光学元件等领域。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/c8d696ef551810a6f52486db.html