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光刻技术论文
光刻技术论文 光刻技术论文篇一 激光干涉光刻技术的分析 摘 要：在微细加工和集成电路(IC )制造当中，光学光刻技术是毋庸 置疑的主流技术。现在的IC集成度越来越高，这就对光刻分辨力有了更好的要求。但光刻物镜数值孔径(N A )和曝光波长( λ )在一定程度上限制光学光刻的分辨极 限。作为一项新兴光刻技术的激光干涉光刻，不仅设备价格较低、结构简单，而 且工作效率高、分辨率高、大视场曝光、无畸变 、焦长深等许多独特之处，分 辨极限更是达到了λ/4的水平，在微细加工、大屏幕显示器、微电子和光电子器 件、亚波长光栅、光子晶体和纳米图形制造等相关领域有很好的应用，极大拓展 了这些领域在未来的进步空间。
【关键词】激光技术 激光干涉 干涉光刻技术 1 引言 在我们的日常生活当中，电子产品越来越多，我们所熟悉的手机、电 脑等电子器件当中有着数量众多的微电子产品，而微电子技术是信息技术发展与 前进的根基。在20世纪60年代的时候，戈登·摩尔发表关于计算机存储器发展趋 势的专业研究报告。报告指出，平均每十八到二十四个月，芯片容量大，且时间 逐渐缩短。而光刻技术的发展水平在集成电路 (IC )工艺水平的发展进程中占据 重要地位。
在现在科技发展日新月异的今天，现有光刻技术一般具有比较复杂的 曲面光学元件，而新兴激光光刻技术作为现代科学光刻技术的补充，其设备并不 复杂，系统也相对较为简单，但有着极高分辨率，其分辨极限已经能够达到λ/4 的水平，还具有大焦长深、图形对比度较高等的诸多优点。
2 激光干涉光刻技术 激光干涉光刻技术定义为通过光的衍射、干涉，将光束用特定的方式 组合，达到干涉场内光强度的有效调控，在此种情况下利用感光而产生光刻图形。如下为双光束干涉光刻的主要原理：波长为λ的2束平面波，其中入射角为θ1、 θ2 表示，则公式为 ：
其中：I0为入射光强度，而x为干涉点到入射之间的长度;
对于入射角大小的改变、频率、控制曝光量，都能对形状、周期以及 高度的不同产生一维或者二维的结构。
3 激光干涉光刻的应用 激光干涉光刻技术现在已经经过了初级的发展阶段，在很多领域当中 都已经得到了非常广泛的应用。经过研究，激光干涉光刻技术已经在纳米结构的 生产当中得到了广泛的应用。不论在大规模的工业生产当中还是在我们每个人的 日常生活当中，纳米结构都有着非常广泛的应用，被许多人所熟知的微电子、光 电子、生物技术、传感技术等诸多领域的发展在很大程度上都是取决于纳米结构 制造技术的发展水平。干涉光刻作为一项比较可靠的图形产生技术，不但CD控 制具有优良的性能，而且其工艺宽容度与传统一般相比也较大，还能够产生具有 陡的侧壁、大的深宽比和深亚微米尺寸的抗蚀剂结构阵列图形，这样的形状结构 在图形转移和器件制造过程当中都能够有非常高效的得到利用。与其他的一般技 术相比较，在大视场内，干涉光刻能够非常有效的使每个地方都达到深亚微米、 甚至纳米级的较高分辨率，而且还具有无限的焦深，这些优点都与制作场发射显 示器的要求相符合。
3.1 在光子晶体中的应用 在20世纪70年代，Y blonovitch 等人第一次提出光子晶体这个全新的 概念，也就是不同介电常数的介质材料在空间呈现周期性排布的一种结构。在众 多的高科技产品当中，光子晶体应用得到普及且实用，例如在人们平时生活中用 到的天线、滤波器、分束器以及放大器等，在光子晶体的制作当中，有着非常广 泛的应用。
到了20世纪末，在制备二维和三维光子晶体当中，激光干涉光刻技术 第一次得到了有效的利用，在这之后，人们更多的开始了深入研究这一技术应用， 在经过大量的具体实验分析以及数值模拟优化之后，通过干涉光刻来制备光子晶 体的技术愈发成熟。经过长时间实践应用，发展到现在，干涉光刻技术应用领域 与实际操作更加广泛，即在很多关于制备光子晶体的部分基础设备涉及有关光分插复用器、有机发光二极管都应用的相当广泛。
3.2 在太阳能电池中的应用 在我们现在的工业生产与日常生活当中，太阳能电池在诸多领域已经 付诸实践。太阳能电池主要是利用光电效应或者是化学效应的作用，将光能直接 转换成电能的一种设备。大多数的普通硅太阳能电池密度都超过数百微米，而表 面的纹理一直呈现倒三角的形状，因此为了能够提高太阳能电池的频率，在进行 生产这种电池的时候，往往都会在硅片表面添加一层增透膜，以用来减小表面的 反射率。硅太阳能电池制备过程中的电子束光刻、纳米印制光刻技术都存在着工 艺复杂不易操作、价格高昂市场营销困难、生产效率低下无法规模经营等缺点。
所以，这些年以来，专家们已经开始思考通过一种可行的方式将激光干涉光刻技 术有效的应用到太阳能电池生产过程当中。
4 结语 现在是科学技术的时代，科技发展的速度一日千里，如何才能让生产 方法更加高效、高速，与此同时还能有效降低成本，这是很多人需要重点考虑的 问题。虽然激光干涉光刻技术在处理亚微米周期结构以及微米方面，已经有着悠 久的历史，但实际上，目前我国还正值于研究性实验的阶段之中，然而，很多工 业化的生产还没有发展成熟，不能得到广泛的大规模应用。把激光干涉光刻技术 与其他的先进科学技术进行相结合进行研究，这不仅是很多国内外众多研究学者 今后的工作方向，更是未来光刻技术的前进方向。虽然现在激光干涉技术在生产 与应用当中都存在部分问题，但是经过众多专业领域的研究学者进行刻苦的思考 与深刻的研究，在不久的未来，激光干涉技术将会更加成熟，也会在工业生产当 中有着更加广泛与熟练的应用，有着很好的发展前景。
光刻技术论文篇二 下一代光刻技术 【摘要】本文从多方面对下一代光刻技术做了介绍和分析，重点描述 了纳米压印光刻技术、极紫外光刻技术、无掩模光刻技术、原子光刻技术、电子 束光刻技术等的原理、现状和优缺点，并展望了未来数十年的主流光刻技术。
【关键词】下一代光刻技术;纳米压印光刻技术;极紫外光刻技术;无掩模光刻技术;原子光刻技术;电子束光刻技术 一、引言 随着特征尺寸越变越小，传统的光学光刻已经逼近了物理上的极限， 需要付出相当高昂的资金及技术代价来研发相应光刻设备，所以科研单位和厂商 都投入巨大的精力和资金来研发下一代的能兼具低成本和高分辨力的光刻技术 [1]。国内山东大学、四川大学、中科院微电子所和光电所等研究单位纷纷加大 了对研究新光刻技术的投入;佳能、尼康、ASML等世界三大光刻机巨头以及其他 一些公司为了抢占光刻设备的市场份额，亦投入了大量的资金做研发[2]。下面 将从原理、现状、优缺点等多方面对几种新光刻技术作简要的介绍。
二、纳米压印光刻技术 1995年，美国Princeton大学的华裔科学家――周郁，提出了纳米压印 光刻技术，由于其与传统光学投影光刻技术不一样，所以自发明后就一直受到人 们的关注。这种技术将纳米结构的图案制在模具上面，然后将模具压入阻蚀材料， 将变形之后的液态阻蚀材料图形化，然后利用反应等离子刻蚀工艺技术，将图形 转移至衬底。该技术通过使阻蚀胶受到力的作用后变形这种方式来实现阻蚀胶的 图形化，而不是通过改变阻蚀胶化学性质来实现，所以可以突破传统光学光刻在 分辨力上面的极限[3]。纳米压印光刻技术有诸多优点：(1)不需OPC掩模版，所 以成本低;(2)可以一次性图形转印，所以方便批量生产;(3)不受瑞利定律的约束， 所以分辨力高。当然，该技术也存在着一些缺点，比如无法同时转印纳米尺寸与 大尺寸的图形。纳米压印光刻技术的分辨力已经可以达到5nm以下，成为下一代 主流光刻技术的可能性非常大。
三、极紫外光刻技术 极紫外光刻技术的全称为极端远紫外光刻技术。波长在11到14nm之 间的极紫外通过周期性多层薄膜反射镜辐射至反射掩模，通过缩小投影反射系统， 反射出来的极紫外将反射掩模上的图形在硅片抗蚀剂里投影成像，形成光刻图形 [4]。极紫外光刻技术主要采用同步辐射极紫外光源和极紫外点光源这两种光源， 因为波长短，会被绝大部分材料甚至气体强烈地吸收，所以无法使用常规折射光 学系统，而只能在真空中利用反射式光学系统进行。极紫外光刻技术的优点有：
(1)高分辨力，能达到30nm以下;(2)相比之下具有一定量产优势;(3)在原理上，与 157nm光学光刻相类似，更易被厂商接受;(4)工艺相对简单。该技术的缺点有：(1)反射镜的制造很难;(2)光源设计有较大的难度;(3)需要采用更繁琐的反射式投影 系统。极紫外光刻技术在经过最近几年的研究之后已经有了比较大的进展，受到 了许多厂商及科研机构的关注。该技术的优势很明显，高分辨力、高生产率、工 艺相对比较简单，虽然设计制造光学系统较困难的缺点也同样明显，但其非常有 可能成为下一代主流光刻技术。
四、无掩模光刻技术 掩模成本随器件特征尺寸的不断减小而迅速上升，为此，人们开始对 无掩模光刻技术研究投入巨大的热情。无掩模光刻技术有基于光学的(OML)，也 有基于带电粒子的(CPML)。其中CPML可以采用原子光刻、离子束光刻、电子束 光刻等，离实用化还有很长的距离。显而易见，无掩模光刻技术的最大优势就是 降低成本，无需专门针对每种芯片都制造一套掩模。其缺点有：(1)OML与CMPL 均存在和光刻工艺的兼容性问题，对于影响套准与线宽的误差修正也比较 难;(2)OML选择何种光束仍是难题;(3)CPML带电离子束存在污染问题。无掩模光 刻技术目前还存在许多问题，可能应用于特殊领域，但是在近期内成为主流光刻 技术的可能性微乎其微。
五、原子光刻技术 原子光刻技术最早是由美国贝尔实验室提出，激光的梯度场会对原子 产生作用力，而该技术就算利用这种作用力使传播过程中的原子束流密度分布改 变，从而使原子有规律地在基板上沉积，形成纳米级的特定图案。利用原子光刻 技术来制作纳米图案，一般有两种方案可以用：(1)用光抽运作用，使亚稳态的 惰性气体原子束形成空间强度分布，原子束将基板上面的特殊膜层破坏，并在基 板上面利用化学腐蚀的方法刻蚀成形。(2)金属原子束利用共振光压高度准直化， 然后形成空间强度分布并直接在基板上面沉积。原子光刻技术的优点有：(1)原 子的衍射极限大大小于常规光刻紫外光的衍射极限，这是由于原子德布罗意波长 相当短;(2)分辨力极高，这是由于呈中性的原子不易受电荷影响。该技术的缺点 有：(1)成像质量会受到梯度场和原子作用时间的影响;(2)聚焦时，会有一部分原 子偏离理想的聚焦点，从而造成像差。原子光刻技术虽然被提出的时间还不长， 但是许多大学都对其展开了各项研究，并且取得了一些重要成果，不过，该技术 离实用化还有相当的距离。
六、电子束光刻技术20世纪60年代，德国杜平跟大学的斯派德尔与默伦施泰特提出了电子 束光刻技术，该技术是基于显微镜而发展起来的。其原理是：电子束被电磁场聚 焦变成微细束后，可以方便地偏转扫描，所以电子束照到电子抗蚀剂上面，不需 要掩模版而能够直接把图形写到硅片上。同时，可通过增加电子束辐射波能量来 使其波长缩短，所以电子束光刻分辨力非常高，能达到10nm。电子束光刻技术 的优点有：分辨力非常高。其缺点有：(1)高精度地对准套刻难以实现;(2)生产效 率不高;(3)曝光速度不快。这些缺点决定了在0.1ηm的特征尺寸器件生产中，电子 书光刻很难起到主流作用。能通过采用限角散射电子束投影、成形光斑和单元投 影等技术，或者通过把电子束改成多电子束或者变形电子束，来提高电子束曝光 速度。另外，在实际的集成电路生产中，尤其是超大规模的集成电路，能通过结 合光学投影光刻与电子束光刻，精度要求比较高的部分用电子束曝光来制作，精 度要求比较一般的部分用光学投影来制作，来兼顾到经济与高效。在制作光学投 影光刻模版、设计验证新光刻技术以及实验研究等方面，电子束光刻也是非常适 合使用的。
七、结束语 物理极限使得传统光学光刻会随着特征尺寸的不断减小而面临价格 与技术的挑战。为此，研咳嗽狈追卓 佳芯啃碌墓饪碳际酢１疚亩韵乱淮 饪碳 际踝隽思蛞 樯埽 ⒎治隽烁骷际醯挠诺阌肴钡恪Ｓ捎诨刮薹ㄅ 可 蛘咂 渌 恍┰ 颍 扪谀９饪碳际酢⒃ 庸饪碳际酢⒌缱邮 饪碳际醯人淙灰灿兄 疃嘤诺悖 圆惶 赡艹晌 乱淮 髁鞴饪碳际酢６ 擅籽褂」饪碳际酢⒓ 贤 夤饪碳际醯然岜挥τ玫郊 傻缏放 可 校 晌 髁骷际酢Ａ硗庠诜直媪 σ 蠓浅８叩氖焙颍 缱邮 饪碳际蹩梢杂胫髁骷际踅 信浜鲜褂谩Ｔ谏 蠊婺＜ 傻缏返墓 讨校 梢越岷洗 彻饪碳际跤胂乱淮 饪碳际跻黄鹗褂茫 纫 蟛桓叩牟糠挚梢圆捎么 彻庋Ч饪痰姆椒ǎ 纫 蟊冉细叩牟糠挚 梢圆捎孟乱淮 饪碳际酰 佣 婀司 糜敫咝А
