光刻技术及其应用的状况和未来发展

文章摘要：粒子束光刻发展较快的有聚焦粒子束光刻(FIB)和投影粒子束光刻，由于光学光刻的不断进步和不断满足工业生产的需要，使离子束光刻的应用已经有所扩展，如FIB技术目前主要的应用是将FIB与FE-SEM连用，扩展SEM的功能和使得SEM观察方便；另外，通过方便的注射含金属、介电质的气体进入FTB室，聚焦离子分解吸附在晶圆表面的气体，可完成金属淀积、强化金属刻蚀、介电质淀积和强化介电质刻蚀等作用。投影粒子束光刻的优点很明显，但缺点也很明显，如无背向散射效应和邻近效应，聚焦深度长，大于l0μm，单次照射面积大，故产能高，目前可达φ200 mm硅片60片／h，可控制粒子对抗蚀剂的渗透深度，较容易制造宽高比较

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粒子束光刻发展较快的有聚焦粒子束光刻(FIB)和投影粒子束光刻，由于光学光刻的不断进步和不断满足工业生产的需要，使离子束光刻的应用已经有所扩展，如FIB技术目前主要的应用是将FIB与FE-SEM连用，扩展SEM的功能和使得SEM观察方便；另外，通过方便的注射含金属、介电质的气体进入FTB室，聚焦离子分解吸附在晶圆表面的气体，可完成金属淀积、强化金属刻蚀、介电质淀积和强化介电质刻蚀等作用。投影粒子束光刻的优点很明显，但缺点也很明显，如无背向散射效应和邻近效应，聚焦深度长，大于l0μm，单次照射面积大，故产能高，目前可达φ200 mm硅片60片／h，可控制粒子对抗蚀剂的渗透深度，较容易制造宽高比较大的三维图形等等；但也有很多缺点，如因为空间电荷效应，使得分辨率不好，目前只达到80～65 nm，较厚的掩模版散热差，易受热变形，有些时候还需要添加冷却装置等等。近几年由于电子束光刻应用的迅速扩展，粒子束光刻除了在FIB领域的应用被人们接受外，在MEMS的纳米器件制作领域也落后于电子束和光学光刻，同时，人们对其在未来半导体产业中的应用也没有给予厚望。

2.3 物理接触式光刻技术

通过物理接触方式进行图像转印和图形加工的方法有多年的开发，但和光刻技术相提并论，并纳入光刻领域是产业对光刻技术的要求步入纳米阶段和纳米压印技术取得了技术突破以后。物理接触式光刻主要包括Printing、Molding和Embossing，其核心是纳米级模版的制作，图4所示的是Printing(a)和Embossing(b)工艺流程原理。物理接触式光刻技术中，以目前纳米压印技术最为成熟和受人们关注，它的分辨率已经达到了10 nm，而且图形的均一性完全符合大生产的要求，目前的主要应用领域是MEMS、MOEMS、微应用流体学器件和生物器件，预测也将是未来半导体厂商实现32 nm技术节点生产的主流技术。由于目前实际的半导体规模生产技术还处在使用光学光刻技术苦苦探索和解决65 nm工艺中的一些技术问题，而纳米压印技术近期在一些公司的研究中心工艺上取得的突破以及验证的技术优势，特别是EV Group和MII(Molecular Imprinting Inc)为一些半导体设计和工艺研究中心提供的成套光刻系统(包括涂胶机、纳米压印光刻机和等离子蚀刻系统)取得的满意数据，使得人们觉得似乎真正找到了纳米制造技术的突破口。因此，一些专家预测，到2015年，市场对纳米成像工具、模版、光刻胶以及其他耗材的需求将达到约15亿美元，最大的客户仍然是半导体产业和微电子产品制造业，约占52％左右。另外，值得一提的是，纳米压印技术中最具被半导体工业化所首选的是软光刻技术，软光刻技术的原理和工艺流程如图5所示。技术优点是结合了纳米压印的思想和紫外光刻良好的对准特性，即可灵活的选择多层软模型，进行精确对位，也可在室温下工作，使用低于100kPa的压力压印。

2.4 其它光刻技术

光刻技术常见的技术方案如上所述的紫外光刻、电子束光刻、纳米压印光刻等，以广为业界的人们所熟悉。但近年来，在人们为纳米级光刻技术探索出路的同时，也出现了许多新的技术应用于光刻工艺中，主要有干涉光刻技术(CIL)、激光聚焦中性原子束光刻、立体光刻技术、全息光刻技术和扫描电化学光刻技术等等。其中成像干涉光刻技术(IIL)发展最快，主要是利用通过掩模版光束的空间频率降低，可使透镜系统收集，然后再还原为原来的空间频率，照射衬底材料上的抗蚀剂，传递掩模版图形，可以解决传统光学光刻受限于投影透镜的传递质量和品质，无法收集光束的较高频率部分，使图形失真的问题。其他的光刻技术因为在技术上取得的突破甚微，距离应用相当遥远，此处不再赘述。

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