在集成電路的制造過程中，有一個重要的環(huán)節(jié)——光刻，正因為有了它，我們才能在微小的芯片上實現(xiàn)功能。

根據(jù)維基百科的定義，光刻是半導體器件制造工藝中的一個重要步驟，該步驟利用曝光和顯影在光刻膠層上刻畫幾何圖形結構，然后通過刻蝕工藝將光掩模上的圖形轉移到所在襯底上。這里所說的襯底不僅包含硅晶圓，還可以是其他金屬層、介質層，例如玻璃、SOS中的藍寶石。

光刻技術的基本原理

光刻的基本原理是利用光致抗蝕劑（或稱光刻膠）感光后因光化學反應而形成耐蝕性的特點，將掩模板上的圖形刻制到被加工表面上。

光刻半導體芯片二氧化硅的主要步驟是：

1、涂布光致抗蝕劑；

2、套準掩模板并曝光；

3、用顯影液溶解未感光的光致抗蝕劑層；

4、用腐蝕液溶解掉無光致抗蝕劑保護的二氧化硅層；

5、去除已感光的光致抗蝕劑層。

光刻技術的不斷發(fā)展從三個方面為集成電路技術的進步提供了保證：

其一是大面積均勻曝光，在同一塊硅片上同時做出大量器件和芯片，保證了批量化的生產水平；

其二是圖形線寬不斷縮小，使用權集成度不斷提高，生產成本持續(xù)下降；

其三，由于線寬的縮小，器件的運行速度越來越快，使用權集成電路的性能不斷提高。隨著集成度的提高，光刻技術所面臨的困難也越來越多。

光刻技術的種類

光學光刻

光學光刻是通過廣德照射用投影方法將掩模上的大規(guī)模集成電路器件的結構圖形畫在涂有光刻膠的硅片上，通過光的照射，光刻膠的成分發(fā)生化學反應，從而生成電路圖。限制成品所能獲得的最小尺寸與光刻系統(tǒng)能獲得的分辨率直接相關，而減小照射光源的波長是提高分辨率的最有效途徑。因為這個原因，開發(fā)新型短波長光源***一直是各個國家的研究熱點。目前，商業(yè)化***的光源波長已經從過去的汞燈紫外光波段進入到深紫外波段（DUV），如用于0.25微米技術的分子激光（波長為248納米）和用于0.18微米技術的準分子激光(波長為193納米)。

除此之外，根據(jù)光的干涉特性，利用各種波前技術優(yōu)化工藝參數(shù)也是提高分辨率的重要手段。這些技術是運用電磁理論結合光刻實際對曝光成像進行深入的分析所取得的突破。其中有移相掩膜、離軸照明技術、鄰近效應校正等。運用這些技術，可在目前的技術水平上獲得更高分辨率的光刻圖形。如1999年初Canon公司推出的FPA-1000ASI掃描步進機，該機的光源為193納米，通過采用波前技術，可在300毫米硅片上實現(xiàn)0.13微米光刻線寬。

光刻技術是包含***、掩模、光刻材料等一系列技術，涉及光、機、電、物理、化學、材料等多個研究方向。目前科學家正在探索更短波長的F2激光（波長為157納米）光刻技術。由于大量的光吸收，獲得用于光刻系統(tǒng)的新型光學及掩模襯底材料是該波段技術的主要困難。光科技束是很多學科的綜合，任何一門學科的突破就能對光刻技術的發(fā)展做出巨大貢獻。

電子束光刻

電子束光刻技術是微型技術加工發(fā)展的關鍵技術,他在納米制造領域中起著不可替代的作用。電子束光刻主要是刻畫微小的電路圖，電路通常是以納米微單位的。

隨著中國納米技術和納米電子學的蓬勃發(fā)展,納米加工技術的研究越來越重要,而電子束光刻技術將是納米結構圖形加工中非常重要的手段。電子束光刻技術要應用于納米尺度微小結構的加工和集成電路的光刻,必須解決幾個關鍵的技術問題:電子束高精度掃描成像曝光效率低;電子在抗蝕劑和基片中的散射和背散射現(xiàn)象造成的鄰近效應;在實現(xiàn)納米尺度加工中電子抗蝕劑和電子束曝光及顯影、刻蝕等工藝技術問題。

實踐證明,電子束鄰近效應校正技術、電子束曝光與光學曝光系統(tǒng)的匹配和混合光刻技術及抗蝕劑曝光工藝優(yōu)化技術的應用,是一種提高電子束光刻系統(tǒng)實際光刻分辨能力非常有效的辦法。電子束光刻最主要的就是金屬化剝離，第一步是在光刻膠表面掃描到自己需要的圖形。第二部是將曝光的圖形進行顯影，去除未曝光的部分，第三部在形成的圖形上沉淀金屬，第四部將光刻膠去除，在金屬剝離的過程中，關鍵在于光刻工藝的膠型控制。最好使用厚膠，這樣有利于膠劑的滲透，形成清晰的形貌。

聚焦粒子束光刻

聚焦離子束(Focused Ion beam, FIB)的系統(tǒng)是利用電透鏡將離子束聚焦成非常小尺寸的顯微切割儀器，她的原理與電子束光刻相近，不過是有電子變成離子。目前商業(yè)用途系統(tǒng)的離子束為液態(tài)金屬離子源，金屬材質為鎵，因為鎵元素具有熔點低、低蒸氣壓、及良好的抗氧化力；典型的離子束顯微鏡包括液相金屬離子源、電透鏡、掃描電極、二次粒子偵測器、5-6軸向移動的試片基座、真空系統(tǒng)、抗振動和磁場的裝置、電子控制面板、和計算機等硬設備，外加電場于液相金屬離子源 可使液態(tài)鎵形成細小尖端，再加上負電場(Extractor) 牽引尖端的鎵，而導出鎵離子束，在一般工作電壓下，尖端電流密度約為1埃10-8 Amp/cm2，以電透鏡聚焦，經過一連串變化孔徑 (Automatic Variable Aperture, AVA)可決定離子束的大小，再經過二次聚焦至試片表面，利用物理碰撞來達到切割之目的。

在成像方面，聚焦離子束顯微鏡和掃描電子顯微鏡的原理比較相近，其中離子束顯微鏡的試片表面受鎵離子掃描撞擊而激發(fā)出的二次電子和二次離子是影像的來源，影像的分辨率決定于離子束的大小、帶電離子的加速電壓、二次離子訊號的強度、試片接地的狀況、與儀器抗振動和磁場的狀況，目前商用機型的影像分辨率最高已達 4nm，雖然其分辨率不及掃描式電子顯微鏡和穿透式電子顯微鏡，但是對于定點結構的分析，它沒有試片制備的問題，在工作時間上較為經濟。

聚焦離子束投影曝光除了前面已經提到的曝光靈敏度極高和沒有鄰近效應之外還包括焦深大于曝光深度可以控制。離子源發(fā)射的離子束具有非常好的平行性，離子束投影透鏡的數(shù)值孔徑只有0.001，其焦深可達100μm，也就是說，硅片表面任何起伏在100μm之內，離子束的分辨力基本不變。而光學曝光的焦深只有1～2μm為。她的主要作用就是在電路上進行修補 ，和生產線制成異常分析或者進行光阻切割。

移相掩模

光刻分辨率取決于照明系統(tǒng)的部分相干性、掩模圖形空間頻率和襯比及成象系統(tǒng)的數(shù)值孔徑等。相移掩模技術的應用有可能用傳統(tǒng)的光刻技術和i線***在最佳照明下刻劃出尺寸為傳統(tǒng)方法之半的圖形，而且具有更大的焦深和曝光量范圍。例如使用PSM，在NA=0.5，λ=248nm，分辨率可達0.15um；NA=0.6，λ=365nm，實際分辨率可達0.2um。相移掩模方法有可能克服線/間隔圖形傳統(tǒng)光刻方法的局限性。

隨著移相掩模技術的發(fā)展,涌現(xiàn)出眾多的種類, 大體上可分為交替式移相掩膜技術、衰減式移相掩模技術；邊緣增強型相移掩模, 包括亞分辨率相移掩模和自對準相移掩模；無鉻全透明移相掩模及復合移相方式( 交替移相+ 全透明移相+ 衰減移相+ 二元鉻掩模) 幾類。尤其以交替型和全透明移相掩模對分辨率改善最顯著, 為實現(xiàn)亞波長光刻創(chuàng)造了有利條件。全透明移相掩模的特點是利用大于某寬度的透明移相器圖形邊緣光相位突然發(fā)生180度變化, 在移相器邊緣兩側衍射場的干涉效應產生一個形如“刀刃”光強分布, 并在移相器所有邊界線上形成光強為零的暗區(qū), 具有微細線條一分為二的分裂效果, 使成像分辨率提高近1 倍。

光學曝光技術的潛力, 無論從理論還是實踐上看都令人驚嘆, 不能不刮目相看。其中利用控制光學曝光過程中的光位相參數(shù), 產生光的干涉效應,部分抵消了限制光學系統(tǒng)分辨率的衍射效應的波前面工程為代表的分辨率增強技術起到重要作用, 包括: 移相掩模技術、光學鄰近效應校正技術、離軸照明技術、光瞳空間濾波技術、駐波效應校正技術、離焦迭加增強曝光技術、表面成像技術及多級膠結構工藝技術。在實用化方面取得最引人注目進展的要數(shù)移相掩模技術、光學鄰近效應校正技術和離軸照明技術, 尤其浸沒透鏡曝光技術上的突破和兩次曝光技術的應用, 為分辨率增強技術的應用更創(chuàng)造了有利條件。

X射線光刻

軟Ｘ射線投影光刻作為特征線寬小于０．１μｍ的集成電路制造技術，倍受日美兩個集成電路制造設備生產大國重視。隨著用于軟Ｘ射線投影光刻的無污染激光等離子體光源、高分辨率大視場投影光學系統(tǒng)、無應力光學裝調工藝、深亞納米級鏡面加工和多層膜制備、低缺陷反射式掩膜、表面成像光刻膠、精密掃描機構等關鍵技術均取得了突破。