光刻利用电透镜将离子束聚焦成小尺寸显微切割仪器，德州仪器TI扫描式光刻浸没式扫描光刻极紫外光刻

光刻这个概念，有广义和狭义之分。在狭义层面，就是用光去「复印」集成电路图案，这也是我们常说的光学光刻技术，特别是紫外线光刻技术（DUV 和 EUV）。在广义层面，光刻泛指各种集成电路「复印」和「印刷」技术，这些技术中，有的用光，有的不用光（如电子束和纳米压印光刻）。按应用划分，半导体光刻技术主要用在三个领域：前道工序的集成电路制造，后道工序的芯片封装，以及显示面板的制造。其中，技术含量最高、受关注度最高的就是前道工序光刻工艺，我们常说的 DUV 和 EUV，就是这一部分应用。本文主要讨论这一领域的光刻技术。光刻技术总览首先，我们先从广义层面了解一下各种光刻技术。在半导体行业，光刻技术的发展经历了多个阶段，接触/接近式光刻、光学投影光刻、分步（重复）投影光刻出现时间较早。目前，集成电路制造主要采用光学光刻技术，包括扫描式光刻、浸没式扫描光刻、极紫外光刻工艺。此外，还有 X 射线、电子束光刻、聚焦粒子束光刻、纳米压印、激光直写技术。光学光刻，是通过照射，用投影方法将掩模上的大规模集成电路结构图形「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，光学光刻需要掩模。德州仪器TI集成电路的最小特征尺寸与光刻系统的分辨率直接相关，而减小照射光源的波长是提高分辨率的有效途径。因此，开发新型短波长光源光刻机一直是业界的研究热点。电子束光刻，该技术不需要掩模，直接将会聚的电子束斑打在表面涂有光刻胶的衬底上。电子束光刻存在的一些问题阻碍了该技术的普及，例如：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；在实现纳米尺度的加工中，电子抗蚀剂和电子束曝光及显影、刻蚀等工艺技术问题。光刻是利用电透镜将离子束聚焦成小尺寸的显微切割仪器，它的工作原理与电子束光刻相近。目前，商用的离子束为液态金属离子源，金属材质为镓。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，以及计算机等设备。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，牵引尖端的镓，导出镓离子束，通过电透镜聚焦，经过一连串变化孔径 (Automatic Variable Aperture, AVA) 可调整离子束的大小，再经过二次聚焦至试片表面，利用物理碰撞来达到切割的目的。纳米压印光刻，采用电子束等技术将电路图案刻制在掩模版上，然后通过掩模使对象上的聚合物变形，再采用某种方式使聚合物固化，进而完成图案的转移。纳米压印分辨率高，成本低，但存在刻套误差大、缺陷率高、掩模版易被污染的缺点。 德州仪器TI主流光学光刻工艺如前文所述，狭义层面的光刻，也就是目前的主流光刻技术，其基本原理是：利用光通过具有图形的光罩（掩模版）对涂有光刻胶的晶圆曝光，光刻胶见光后会发生性质变化，使光罩上的电路图复印到晶圆上，形成电子线路图。光刻系统非常复杂，整个设备由光源、投影物镜、工件台、掩模台、对准与测量、掩模传输、晶圆传输等部分组成。此外，还需要环境与电气系统、光刻计算（OPC）与掩模优化（SMO）软件、显影、涂胶设备提供支持。