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　　极大的便利。芯片 是 智 能 机 器 的 “大 脑 ”，用 来 完 成 数 据 的 处理和计算，其运算能力取决于芯片单位面积上晶体管的数 目［１］。芯片的 制 备 需 经 历 晶 圆 制 造、切 片、光 刻、蚀 刻、清 洗、离子注入、蒸镀金属、切割、测试、封装等步骤，其中，光刻 是最为关键和复杂的一步。该技术能将数以亿计的晶体管， 按照人们设计好的模型沉积，其能实现的精度，决定了晶圆 片上晶体管间的沟道距离，也决定了单位面积上沉积晶体管 所达到的数目［２］。光刻技术为制造包括芯片在内的大规模 集成电路提供了最有力的技术支撑，是现代半导体、微电子、 信息产业的基础。

　　５光刻技术未来的发展与挑战 光刻技术随着研究人员的不断合作和努力，其制造精度 迎来了一轮又一轮的突破和提高，有效的推进半导体制造业 的发展。笔者认为光刻机在近几年的发展方向应集中在进 一步提高制造的分辨率上，实现 ５ｎｍ甚至 ３ｎｍ的突破并实 现量产。同时，通过研究降低光刻机的制造成本同样值得关 注。另一方面，科学界普遍认为 ３ｎｍ的分辨率是硅材料的 工艺极限，因此，若想实现分辨率的持续提高，光刻技术在未 来的发展应依托在开发新型光刻材料上。 ６结论 光刻机被全球 业 界 人 士 们 称 为 “工 业 皇 冠 明 珠 ”，提 高 光刻技术所能实现的分辨率是发展半导体芯片制造业重要 的一环，而分辨率又和光刻设备中的各类参数息息相关。目 前光刻机的制造上，荷兰 ＡＳＭＬ公司一家独大，经过科研人 员的不断努力，该公司生产的最高端的光刻机已能达到 ７ ｎｍ的分辨率。若想进一步提高工艺节点，研究人员K8凯发官网平台入口仍需面 对许多工艺和材料上的挑战。

　　２光刻技术的作用原理 半导体芯片是以晶圆（圆形的高纯度硅晶片）作为衬底 的，光刻是制备过程中的第一步。首先在晶圆上旋涂一层均 匀的光刻胶并适当加热，再将设计和加工好的线路图作为掩 膜版放置在晶圆上方，经过整合的光，会选择性的透过掩膜 版射向光刻胶，而部分被曝光的光刻胶则会发生光化学反应 而导致性质（对显影液的溶解度）的变化，再通过显影、刻蚀 等一系列操作，我们就可以将掩膜版上的图形刻蚀到被加工 衬底上，这便是光刻技术的原理。一套完整的光刻系统包括 光源、镜片、掩膜版、工作台，每一组分都会影响到产品的精 度，因而需要对它们进行严格的调整、整合和工艺控制［３］。 ３光刻的分辨率及影响因素 分辨率是光刻技术中的重要参数，它表示光刻系统所能 分辨和加工的最 小 尺 寸 （Ｗ），该 参 数 可 由 瑞 利 定 律 计 算 得 出，即： Ｗ ＝ ｋ１ＮλＡ 其中，ｋ１为一个取决于光刻胶灵敏度的常数，通常取值 范围在 ０．４到 ０．８之间，其理论极限可达 ０．２５。λ为入射光 波长，可想而知，入射光波长越短，Ｗ 值越小，分辨率越高， 越有利于制造高精度的器件。因此降低入射光波长是实现 光刻进步最直接的方法。ＮＡ为所使用透镜的数值孔径，其 数值取决于所使用物镜的性能和光传播介质的折射率，提高 ＮＡ值也是提高分辨率的有效方法之一。 ４光刻机的发展和格局 由于光刻技术是集光学，物理，化学，材料学，精密机械， 控制学等多种学科的顶尖技术，因此其发展也离不开各类学 科的在各自领域的广泛研究和突破。首先是工作方式上，从 上世纪 ６０年代最开始使用的接触式以及接近式光刻机，到 ７０年代的投影式光刻机，到 ８０年代开发的步进式、步进式

　　荷兰的 ＡＳＭＬ公司在光刻机制造生产市场上几乎处于 垄断地位，其特有的商业运作模式确保了研发资金的充足。 在关键技术的把控上，ＡＳＭＬ独创性的发明了浸入式工作模 式K8凯发官网平台入口和双工作台工作系统，使其在制造精度和产率上将其他竞 争对手远远甩在脑后。目前 ＡＳＭＬ在以 ＥＵＶ主导的高端光 刻机市场中一枝独秀，在 ４５ｎｍ精度以下的中端市场中占 ８０％以上的份额。

　　扫描光刻机，再到目前主流的浸入式光刻机，其设备在器件 制造精度上节节攀升。从光源的使用上来看，从上世纪 ８０ 年代使用汞灯产生的紫外光源，到 ９０年代准分子激光的商 业化应用，其工 艺 节 点 已 实 现 由 微 米 量 级 向 纳 米 量 级 的 转 变，２００５年，荷兰 ＡＳＭＬ公司使用 ＡｒＦ准分子激光作为光源 的干法光刻，其实现的精度 （９０ｎｍ）已达到 １００ｎｍ以下， ２０１０年，该公司进一步研发的 ＡｒＦ的浸入式光刻，工艺节点 可达到 ４５ｎｍ。而随着近年来 ＥＵＶ光源的开发和使用，光刻 技术可实现的精度也突破性的进入了 １０ｎｍ以下，２０１７年， 台积电使用 ＡＳＭＬ的 ＥＵＶ浸入式光刻机，成为首个实现 ７ ｎｍ工艺制程的公司。

　　ＤＯＩ：１０．１９５５１／ｊ．Leabharlann Baiduｎｋｉ．ｉｓｓｎ１６７２－９１２９．２０１９．０７．０９３

　　摘要：光刻是半导体芯片制备过程中最为关键的一步，该技术所能实现的精度决定了芯片单位面积上集成晶体管的数目，也 决定了芯片所能实现运算水平的高低。本文重点介绍了光刻技术的工作原理，光刻的分辨率及其影响因素，以及光刻机的发 展史与格局，并对光刻技术今后的发展进行了前瞻。 关键词：光刻；光刻机；分辨率 中图分类号：ＴＭ７２７．３文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－９１２９（２０１９）０７－００９９－０１ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｉｓｔｈｅｍｏｓｔｃｒｉｔｉｃａｌｓｔｅｐｉｎｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｃｈｉｐｓ．Ｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｔｈａｔｃａｎｂｅａｃｈｉｅｖｅｄｂｙｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓｐｅｒｕｎｉｔａｒｅａｏｆｔｈｅｃｈｉｐ，ａｎｄａｌｓｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎｔｈａｔｔｈｅ ｃｈｉｐｃａｎａｃｈｉｅｖｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｏｃｕｓｅｓｏｎｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，ｔｈｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙａｎｄｉｔｓｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓ， ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｈｉｓｔｏｒｙａｎｄｐａｔｔｅｒｎｏｆｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｍａｃｈｉｎｅ，ａｎｄｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ；ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｍａｃｈｉｎｅ；ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ