光刻是集成电路最重要的加⼯⼯艺，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，⼏乎每个⼯艺的实施，都离不开光刻的技术。光刻也是制造芯⽚的最关键技术，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，直接关系到⼤型计算机的运作等⾼科技领域。
光刻技术与我们的⽣活息息相关，我们⽤的⼿机，电脑等各种各样的电⼦产品，⾥⾯的芯⽚制作离不开光科技束。如今的世界是⼀个信息社会，各种各样的信息流在世界流动。⽽光刻技术是保证制造承载信息的载体。在社会上拥有不可替代的作⽤。
光刻技术的原理
光刻就是把芯⽚制作所需要的线路与功能区做出来。利⽤光刻机发出的光通过具有图形的光罩对涂有光刻胶的薄⽚曝光，光刻胶见光后会发⽣性质变化，从⽽使光罩上得图形复印到薄⽚上，从⽽使薄⽚具有电⼦线路图的作⽤。这就是光刻的作⽤，类似照相机照相。照相机拍摄的照⽚是印在底⽚上，⽽光刻刻的不是照⽚，⽽是电路图和其他电⼦元件。 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波长为2000～4500埃的紫外光作为图像信息
载体，以光致抗光刻技术蚀剂为中间（图像记录）媒介实现图形的变换、转移和处理，最终把图像信息传递到晶⽚(主要指硅⽚)或介质层上的⼀种⼯艺。
在⼴义上，光刻包括光复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，精确传递到预涂在晶⽚表⾯或介质层上的光致抗蚀剂薄层上。 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。
光刻技术在狭义上，光刻⼯艺仅指光复印⼯艺。
光刻技术的发展
1947年，贝尔实验室发明第⼀只点接触晶体管。从此光刻技术开始了发展。
1959年，世界上第⼀架晶体管计算机诞⽣，提出光刻⼯艺，仙童半导体研制世界第⼀个适⽤单结构硅晶⽚。
1960年代，仙童提出CMOS IC制造⼯艺，第⼀台IC计算机IBM360，并且建⽴了世界上第⼀台2英⼨集成电路⽣产线，美国GCA公司开发出光学图形发⽣器和分布重复精缩机。
1970年代，GCA开发出第⼀台分布重复投影曝光机，集成电路图形线宽从1.5µm缩⼩到0.5µm节点。
1980年代，美国SVGL公司开发出第⼀代步进扫描投影曝光机，集成电路图形线宽从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，在光学光刻技术努⼒突破分辨率“极限”的同时，NGL正在研究，包括极紫外线光刻技术，电⼦束光刻技术，X射线光刻技术，纳⽶压印技术等。 光学光刻技术
光学光刻技术
光学光刻是通过⼴德照射⽤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涂有光刻胶的硅⽚上，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最⼩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最有效途径。因为这个原因，开发新型短波长光源光刻机⼀直是各个国家的研究热点。
除此之外，根据光的⼲涉特性，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。这些技术是运⽤电磁理论结合光刻实际对曝光成像进⾏深⼊的分析所取得的突破。其中有移相掩膜、离轴照明技术、邻近效应校正等。运⽤这些技术，可在⽬前的技术⽔平上获得更⾼分辨率的光刻图形。
20世纪70—80年代，光刻设备主要采⽤普通光源和汞灯作为曝光光源，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等准分⼦激光光源。⽬前光学光刻技术的发展⽅向主要表现为缩短曝光光源波长、提⾼数值孔径和改进曝光⽅式。
移相掩模
光刻分辨率取决于照明系统的部分相⼲性、掩模图形空间频率和衬⽐及成象系统的数值孔径等。相移掩模技术的应⽤有可能⽤传统的光刻技术和i线光刻机在最佳照明下刻划出尺⼨为传统⽅法之半的图形，⽽且具有更⼤的焦深和曝光量范围。相移掩模⽅法有可能克服线/间隔图形传统光刻⽅法的局限性。
随着移相掩模技术的发展，涌现出众多的种类, ⼤体上可分为交替式移相掩膜技术、衰减式移相掩模技术；边缘增强型相移掩模, 包括亚分辨率相移掩模和⾃对准相移掩模；⽆铬全透明移相掩模及复合移相⽅式( 交替移相+ 全透明移相+ 衰减移相+ ⼆元铬掩模) ⼏类。尤其以交替型和全透明移相掩模对
分辨率改善最显著, 为实现亚波长光刻创造了有利条件。
全透明移相掩模的特点是利⽤⼤于某宽度的透明移相器图形边缘光相位突然发⽣180度变化, 在移相器边缘两侧衍射场的⼲涉效应产⽣⼀个形如“⼑刃”光强分布, 并在移相器所有边界线上形成光强为零的暗区, 具有微细线条⼀分为⼆的分裂效果, 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率的衍射效应的波前⾯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、光瞳空间滤波技术、驻波效应校正技术、离焦迭加增强曝光技术、表⾯成像技术及多级胶结构⼯艺技术。在实⽤化⽅⾯取得最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技术, 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发展的关键技术，他在纳⽶制造领域中起着不可替代的作⽤。电⼦束光刻主要是刻画微⼩的电路图，电路通常是以纳⽶微单位的。电⼦束光刻技术不需要掩膜，直接将会聚的电⼦束斑打在表⾯涂有光刻胶的衬底上。
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，必须解决⼏个关键的技术问题：电⼦束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；在实现纳⽶尺度加⼯中电⼦抗蚀剂和电⼦束曝光及显影、刻蚀等⼯艺技术问题。
实践证明，电⼦束邻近效应校正技术、电⼦束曝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。电⼦束光刻最主要的就是⾦属化剥离，第⼀步是在光刻胶表⾯扫描到⾃⼰需要的图形。第⼆部是将曝光的图形进⾏显影，去除未曝光的部分，第三部在形成的图形上沉淀⾦属，第四部将光刻胶去除，在⾦属剥离的过程中，关键在于光刻⼯艺的胶型控制。最好使⽤厚胶，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聚焦成⾮常⼩尺⼨的显微切割仪器，她的原理与电⼦束光刻相近，不过是有电⼦变成离⼦。⽬前商业⽤途系统的离⼦束为液态⾦属离⼦源，⾦属材质为镓，因为镓元素具有
束光刻相近，不过是有电⼦变成离⼦。⽬前商业⽤途系统的离⼦束为液态⾦属离⼦源，⾦属材质为镓，因为镓元素具有熔点低、低蒸⽓压、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、真空系统、抗振动和磁场的装置
、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，再加上负电场(Extractor) 牵引尖端的镓，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，利⽤物理碰撞来达到切割之⽬的。
在成像⽅⾯，聚焦离⼦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来源，影像的分辨率决定于离⼦束的⼤⼩、带电离⼦的加速电压、⼆次离⼦讯号的强度、试⽚接地的状况、与仪器抗振动和磁场的状况，⽬前商⽤机型的影像分辨率最⾼已达 4nm，虽然其分辨率不及扫描式电⼦显微镜和穿透式电⼦显微镜，但是对于定点结构的分析，它没有试⽚制备的问题，在⼯作时间上较为经济。
聚焦离⼦束投影曝光除了前⾯已经提到的曝光灵敏度极⾼和没有邻近效应之外还包括焦深⼤于曝光深度可以控制。离⼦源发射的离⼦束具有⾮常好的平⾏性，离⼦束投影透镜的数值孔径只有0.001，其焦深可达100µm，也就是说，硅⽚表⾯任何起伏在100µm之内，离⼦束的分辨⼒基本不变。⽽光学曝光的焦深只有1～2µm为。她的主要作⽤就是在电路上进⾏修补，和⽣产线制成异常分析或者进⾏光阻切割。
EUV 光刻技术
在微电⼦技术的发展历程中，⼈们⼀直在研究开发新的IC制造技术来缩⼩线宽和增⼤芯⽚的容量。我们也普遍的把软X 射线投影光刻称作极紫外投影光刻。在光刻技术领域我们的科学家们对极紫外投影光刻EUV技术的研究最为深⼊也取得了突破性的进展，使极紫外投影光刻技术最有希望被普遍使⽤到以后的集成电路⽣产当中。它⽀持22nm以及更⼩线宽的集成电路⽣产使⽤。
EUV是⽬前距实⽤化最近的⼀种深亚微⽶的光刻技术。波长为157nm的准分⼦激光光刻技术也将近期投⼊应⽤。如果采⽤波长为13nm的EUV，则可得到0.1um的细条。
在1985年左右已经有前辈们就EUV技术进⾏了理论上的探讨并做了许多相关的实验。近⼗年之后微电⼦⾏业的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的芯⽚制造⽅法做出全⾯的改进，将使整个芯⽚⼯业处在岌岌可危的地步。
EUV系统主要由四部分构成：极端紫外光源；反射投影系统；光刻模板（mask）；能够⽤于极端紫外的光刻涂层（photo-resist）。
极端紫外光刻技术所使⽤的光刻机的对准套刻精度要达到10nm，其研发和制造原理实际上和传统的光学光刻在原理上⼗分相似。对光刻机的研究重点是要求定位要极其快速精密以及逐场调平调焦技术，因为光刻机在⼯作时拼接图形和步进式扫描曝光的次数很多。不仅如此⼊射对准光波信号的采集以及
处理问题还需要解决。
EUV技术当前状况
EUV技术的进展还是⽐较缓慢的，⽽且将消耗⼤量的资⾦。尽管⽬前很少⼚商将这项技术应⽤到⽣产中，但是极紫外光刻技术却⼀直是近些年来的研究热点，所有⼚商对这项技术也都充满了期盼，希望这项技术能有更⼤的进步，能够早⽇投⼊⼤规模使⽤。
各家⼚商都清楚，半导体⼯艺向往下刻，使⽤EUV技术是必须的。波长越短，频率越⾼，光的能量正⽐于频率，反⽐于波长。但是因为频率过⾼，传统的光溶胶直接就被打穿了。现在，半导体⼯艺的发展已经被许多物理学科从各个⽅⾯制约了。
在45nm⼯艺的蚀刻⽅⾯，EUV技术已经展现出⼀些特点所以现在EVU技术要突破，从外部⽀持来讲，要换光溶胶，但是合适的⼀直没到[3]。⽽从EUV技术⾃⾝来讲，同时尽可能的想办法降低输出能量。
⽬前EUV光刻技术存在的问题：
1、造价太⾼，⾼达6500万美元，⽐193nm ArF浸没式光刻机贵；
2、未到合适的光源；
3、没有⽆缺陷的掩模；
4、未研发出合适的光刻胶；
5、⼈⼒资源缺乏；
6、能⽤于22nm⼯艺早期开发⼯作。
EUV光刻技术前景
在摩尔定律的规律下，以及在如今科学技术快速发展的信息时代，新⼀代的光刻技术就应该被选择和研究，在当前微电⼦⾏业最为⼈关注，⽽在这些⾼新技术当中，极紫外光刻与其他技术相⽐⼜有明显的优势。极紫外光刻的分辨率⾄少能达到30nm以下，且更容易收到各集成电路⽣产⼚商的青睐，因为极紫外光刻是传统光刻技术的拓展，同时集成电路的设计⼈员也更喜欢选择这种全⾯符合设计规则的光刻技术。极紫外光刻技术掩模的制造难度不⾼，具有⼀定的产量优势。
EUV光刻技术设备制造成本⼗分⾼昂，包括掩模和⼯艺在内的诸多⽅⾯花费资⾦都很⼤。同时极紫外光刻光学系统的设计和制造也极其复杂，存在许多尚未解决的技术问题，但对这些难关的解决⽅案正在研究当中，⼀旦将这些难题解决，极紫外光刻技术在⼤规模集成电路⽣产应⽤过程中就不会有原理性的技术难关了。
X射线光刻技术
1895年，德国物理学家伦琴⾸先发现了X射线，也因此获得了诺贝尔物理学奖。X射线是⼀种与其他粒⼦⼀样具有波粒⼆象性的电磁波，可以是重原⼦能级跃迁或着是加速电⼦与电磁场耦合辐射的产物。X射线的波长极短，1972年X射线被最早提出⽤于光刻技术上，X射线在⽤于光刻时的波长通常在0.7到0.12nm之间，它极强的穿透性决定了它在厚材料上也能定义出⾼分辨率的图形。
X射线光刻基础⼯艺
X射线波长极短，使得其不会发⽣严重的衍射现象。我们在使⽤X射线进⾏曝光时对波长的选择是受到⼀定因素限制的，在曝光过程中，光刻胶会吸收X射线光⼦，⽽产⽣射程随X射线波长变化⽽相继改变的光电⼦，这些光电⼦会降低光刻分辨率，X射线的波长越短，光电⼦的射程越远，对光刻越不利。因此增加X射线的波长有助于提⾼光刻分辨率。然⽽长波长的X射线会加宽图形的线宽，考虑多种因素的影响，通常只能折中选择X射线的波长。
今年来的研究发现，当图形的线宽⼩到⼀定程度时（⼀般为0.01µm以下），被波导效应影响，最终得到的图形线宽要⼩于实际掩模图形，因此X光刻分辨率也受到掩模版与晶圆间距⼤⼩的影响。
除此之外，还需要⼤量的实验研究来解决X射线光刻图形微细加⼯时对图形质量造成影响的诸多因素。
射线光刻掩模
在后光学光刻的技术中，其最主要且最困难的技术就是掩模制造技术，其中1：1的光刻⾮常困难，是妨碍技术发展的难题之⼀。所以说，我们认为掩模开发是对于其应⽤于⼯业发展的重要环节，也是决定成败的关键。在过去的发展中，科学家对其已经得到了巨⼤的发展，也有⼀些新型材料的发现以及应⽤，有⼀些已经在实验室中得以实践，但对于⼯业发展还是没有什么重⼤的成就。
X射线掩模的基本结构包括薄膜、吸收体、框架、衬底，其中薄膜衬基材料⼀般使⽤Si、SiC、⾦刚⽯。吸收体主要使⽤⾦、钨等材料，其结构图如图所⽰：
对于掩模的性能要求如下：
1、要能够使X射线以及其他光线的有效透过，且保障其有⾜够的机械强度，具有⾼的X射线的吸收性，且要⾜够厚。
1、要能够使X射线以及其他光线的有效透过，且保障其有⾜够的机械强度，具有⾼的X射线的吸收性，且要⾜够厚。
2、保障其⾼宽⽐的量，且其要有⾼度的分辨率以及反差。
3、对于其掩模的尺⼨要保障其精度，要没有缺陷或者缺陷较少。
对于衬基像Si3N4膜常常使⽤低压CVD，⽽常常使⽤蒸发溅射电镀等⽅法制造吸收体。为提⾼X射线掩模质量需要正确选择材料、优化⼯艺。
X射线光刻技术不仅拥有⾼分辨率，并且有⾼出产率的优点。通过⽬前对X射线光刻技术应⽤现状来看，要将投⼊量产，使其在⼤规模或超⼤规模IC电路的⽣产中发挥更重要的作⽤，突破⾼精度图形掩模技术难关已经如同箭在弦上。纳⽶压印光刻技术
纳⽶压印技术是美国普林斯顿⼤学华裔科学家周郁在20 世纪1995 年⾸先提出的。这项技术具有⽣产效率⾼、成本低、⼯艺过程简单等优点, 已被证实是纳⽶尺⼨⼤⾯积结构复制最有前途的下⼀代光刻技术之⼀。⽬前该技术能实现分辨率达5 nm以下的⽔平。纳⽶压印技术主要包括热压印、紫外压印以及微接触印刷。
纳⽶压印技术是加⼯聚合物结构最常⽤的⽅法, 它采⽤⾼分辨率电⼦束等⽅法将结构复杂的纳⽶结构图案制在印章上, 然后⽤预先图案化的印章使聚合物材料变形⽽在聚合物上形成结构图案。
1、热压印技术
纳⽶热压印技术是在微纳⽶尺度获得并⾏复制结构的⼀种成本低⽽速度快的⽅法。该技术在⾼温条件下可以将印章上的结构按需复制到⼤的表⾯上, 被⼴泛⽤于微纳结构加⼯。整个热压印过程必须在⽓
压⼩于1Pa 的真空环境下进⾏, 以避免由于空⽓⽓泡的存在造成压印图案畸变，热压印印章选⽤SiC 材料制造, 这是由于SiC⾮常坚硬, 减⼩了压印过程中断裂或变形的可能性。
此外SiC 化学性质稳定, 与⼤多数化学药品不起反应, 因此便于压印结束后⽤不同的化学药品对印章进⾏清洗。在制作印章的过程中, 先在SiC 表⾯镀上⼀层具有⾼选⽐( 38&1) 的铬薄膜, 作为后序⼯艺反应离⼦刻蚀的刻蚀掩模, 随后在铬薄膜上均匀涂覆ZEP 抗蚀剂, 再⽤电⼦束光刻在ZEP 抗蚀剂上光刻出纳⽶图案。为了打破SiC 的化学键, 必须在SiC 上加⾼电压。最后在350V 的直流电压下, ⽤反应离⼦刻蚀在SiC 表⾯得到具有光滑的刻蚀表⾯和垂直⾯型的纳⽶图案。
整个热压印过程可以分为三个步骤：
( 1) 聚合物被加热到它的玻璃化温度以上。这样可减少在压印过程中聚合物的粘性, 增加流动性，在⼀定压⼒下, 就能迅速发⽣形变。但温度太⾼也没必要, 因为这样会增加升温和降温的时间, 进⽽影响⽣产效率, ⽽对模压结构却没有明显改善，甚⾄会使聚合物弯曲⽽导致模具受损。同时为了保证在整个压印过程中聚合物保持相同的粘性, 必须通过加热器控制加热温度不变。
(2) 在印章上施加机械压⼒, 约为500 ~1000KPa[ 9] 。在印章和聚合物间加⼤压⼒可填充模具中的空腔。
(3) 压印过程结束后, 整个叠层被冷却到聚合物玻璃化温度以下, 以使图案固化, 提供⾜够⼤的机械强度, 便于脱模。然后⽤反应离⼦刻蚀将残余的聚合物( PM�MA) 去掉, 模板上的纳⽶图案完整地转移到硅基底表⾯的聚合物上, 再结合刻蚀技术把图形转移到硅基底上。
2、紫外压印光刻技术
紫外压印⼯艺是将单体涂覆的衬底和透明印章装载到对准机中, 在真空环境下被固定在各⾃的卡盘上。当衬底和印章的光学对准完成后, 开始接触压印。透过印章的紫外曝光促使压印区域的聚合物发⽣聚合和固化成型。
与热压印技术相⽐, 紫外压印对环境要求更低, 仅在室温和低压⼒下就可进⾏，从⽽使⽤该技术⽣产能⼤⼤缩短⽣产周期，同时减⼩印章磨损。由于⼯艺过程的需要, 制作紫外压印印章要求使⽤能被紫外线穿过的材料。
以往紫外压印⼯艺中印章是⽤PDMS 材料涂覆在⽯英衬底上制作⽽成。PDMS 是⼀种杨式模数很⼩的弹性体, ⽤它制作
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