半導(dǎo)體光刻技術(shù)及設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)

溫菊紅

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半導(dǎo)體光刻技術(shù)及設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)

溫菊紅

國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東 廣州 510530

半導(dǎo)體的概念對(duì)于普通人來(lái)講稍顯陌生，但是我們的生活卻又離不開它。在信息化的背景下，人們生活中對(duì)電子產(chǎn)品也是越發(fā)依賴。半導(dǎo)體主要應(yīng)用于通訊、高速計(jì)算機(jī)、智能化生活等領(lǐng)域。信息化時(shí)代的半導(dǎo)體技術(shù)大部分還是受海外企業(yè)的掌控，但我國(guó)的半導(dǎo)體市場(chǎng)也在高速前進(jìn)。在此以半導(dǎo)體光刻技術(shù)及設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)為主題進(jìn)行討論與分析，望能對(duì)半導(dǎo)體光刻技術(shù)及設(shè)備的未來(lái)發(fā)展提供一些借鑒和參考。

半導(dǎo)體材料；光刻技術(shù)及設(shè)備；發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)的快速進(jìn)步，半導(dǎo)體的技術(shù)也隨著日趨成熟，而半導(dǎo)體光刻技術(shù)發(fā)展歷史也已超過(guò)五十年之久，但是它的發(fā)展前景仍然是不可小覷。[1]由于芯片的集成度得到大幅度提升，這也迫使著光刻技術(shù)也應(yīng)隨之提高。在20世紀(jì)80年代前，科學(xué)家一致認(rèn)同光刻技術(shù)最大分辨率就是0.5。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，如今光刻技術(shù)已經(jīng)可以達(dá)到0.1之下了，相信半導(dǎo)體光刻技術(shù)在未來(lái)還會(huì)取得更大的突破。

1 促進(jìn)半導(dǎo)體光刻技術(shù)及設(shè)備發(fā)展的主要因素

1.1 硅片直徑的變化

促進(jìn)半導(dǎo)體光刻技術(shù)發(fā)展的最主要因素就是實(shí)現(xiàn)了將硅片從200mm到300mm的轉(zhuǎn)變。據(jù)悉,200mm出片率僅是300mm的1/225，這轉(zhuǎn)變有效地提高了硅片的出片率。300mm的廠商將主要的資金投入到設(shè)備的采購(gòu)中，所以對(duì)設(shè)備的持續(xù)性使用提了很高的要求。因?yàn)?00mm硅片由180nm開始切入的，所以儀器就算到了150、130，乃至100nm依然可以使用。

1.2 曝光技術(shù)的創(chuàng)新

曝光是芯片生產(chǎn)過(guò)程中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，從20世紀(jì)90年代開始，各國(guó)就不斷為曝光技術(shù)的改進(jìn)而努力著，從1991年步進(jìn)掃描曝光機(jī)的發(fā)布開始，一次次地將曝光技術(shù)進(jìn)行改革和創(chuàng)新，在提高曝光技術(shù)的分辨率的同時(shí)，也在提升它的工藝性，并且降低它所需要的成本，達(dá)到更為經(jīng)濟(jì)性的目的。[2]

2 半導(dǎo)體光刻技術(shù)及設(shè)備未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 PSM技術(shù)

為了更好地進(jìn)行小圖片匯集轉(zhuǎn)移的工作，以避免在此過(guò)程之中由于光的衍射作用使得圖片變形，就必須引進(jìn)PSM技術(shù)。在一般的半導(dǎo)體材料制造過(guò)程普遍采用石英玻璃為原材料進(jìn)行加工處理。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)實(shí)踐的驗(yàn)證，有了PSM技術(shù)的幫助，極限的特征尺長(zhǎng)能夠做到為曝光波長(zhǎng)的1/5，科學(xué)家們有將它稱之為亞波長(zhǎng)光刻技術(shù)。

2.2 深紫外光刻技術(shù)

為了真正做大0.1之下的圖像轉(zhuǎn)換，就必須對(duì)深紫外光刻技術(shù)進(jìn)行深入的研究。這一技術(shù)要求光源范圍為11～15nm，且讓波長(zhǎng)長(zhǎng)度1～50nm之間的光波將紫外線的區(qū)域加以遮蔽，這一技術(shù)也被稱之為真空紫外曝光技術(shù)。它主要理論依據(jù)是憑借光源的波長(zhǎng)以減小實(shí)際的孔徑大小，進(jìn)而有效地提高分辨率。然而從現(xiàn)階段的情況來(lái)開，當(dāng)前大部分的材料都是趨向于吸收短波長(zhǎng)光，所以暫時(shí)還沒(méi)能找到符合這一技術(shù)條件的透鏡。目前科學(xué)家還在對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行積極研發(fā)，相信未來(lái)定會(huì)有所突破。

2.3 電子束曝光技術(shù)

電子束曝光技術(shù)的主要理論依據(jù)就是它必須仰仗于電子能量，且波長(zhǎng)會(huì)隨著能量的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化。能量取值在10～50電子伏特范圍內(nèi)的電子波長(zhǎng)會(huì)與一般的光波小得多，還可以做到先前技術(shù)所做不到的分辨率，所以說(shuō)這一技術(shù)是非常具有發(fā)展前景。[3]它和傳統(tǒng)曝光技術(shù)也有著共同點(diǎn)，都能夠憑借部分光學(xué)電子系統(tǒng)而形成的磁場(chǎng)作用來(lái)實(shí)現(xiàn)折射作用等。當(dāng)前形勢(shì)中，最受矚目的就是SCALPEL這一技術(shù)，它不僅工藝精湛，而且還能更好地滿足生產(chǎn)需要。

2.4 X射線曝光技術(shù)

X射線的定義是光源的波長(zhǎng)處于5nm之下，比一般的光源波長(zhǎng)要短得多，所以在光刻過(guò)程中可以獲得更高的分辨率。X射線曝光技術(shù)已經(jīng)有三十多年的歷史，但是直至今日仍未能找到適合這項(xiàng)技術(shù)的材料。X射線可以做到直穿模板的透明帶，且波長(zhǎng)極小，基本上是沒(méi)有什么影響，因此射線曝光技術(shù)可以達(dá)到其他曝光技術(shù)難以到達(dá)的分辨率。實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)曝光技術(shù)到射線曝光技術(shù)還有很長(zhǎng)的一段路要走，相信隨著科技的不斷進(jìn)步，終能掌握射線曝光技術(shù)。

2.5 離子束曝光技術(shù)

離子束曝光技術(shù)的工藝難度也遠(yuǎn)在一般光刻技術(shù)之上，也非常適合應(yīng)用在直寫式曝光和投影式曝光上。相較于其他的曝光技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)在于能夠一邊曝光，一邊進(jìn)行腐蝕操作，這樣將大幅提高整個(gè)工藝流程的效率性和科學(xué)性。但是離子束曝光技術(shù)的一大缺點(diǎn)就是曝光效率異常低下，使得很難大范圍地使用在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。因此，離子束曝光技術(shù)最適用于掩模版的制造過(guò)程和對(duì)產(chǎn)生設(shè)備進(jìn)行檢修維護(hù)工作之中。

3 結(jié)論

光刻是指將集成電路圖形從掩膜版上轉(zhuǎn)移到硅片上的工藝過(guò)程，是集成電路的關(guān)鍵技術(shù)之一，在整個(gè)產(chǎn)品制造中占據(jù)著不可或缺的位置。光刻成本占整個(gè)制造成本的35%，是決定了集成電路按照摩爾定律發(fā)展的一個(gè)重要原因。如果沒(méi)有光刻技術(shù)的進(jìn)步，集成電路就不可能從微米進(jìn)入深亞微米，再進(jìn)入納米時(shí)代。所以，說(shuō)半導(dǎo)體光刻技術(shù)的發(fā)展對(duì)社會(huì)未來(lái)的進(jìn)程有著非常巨大的推動(dòng)作用。

[1]鄒應(yīng)全.光刻材料的發(fā)展及應(yīng)用[J].信息記錄材料，2015（1）：33.

[2]仲冠丞.下一代光刻技術(shù)[J].科技與企業(yè)，2015（13）：24.

[3]李亞明.光刻技術(shù)的發(fā)展[J].電子世界，2014（24）：18.

Development trend of semiconductor lithography technology and equipment

Wen Juhong

Patent examination and cooperation of Patent Office of the State Intellectual Property Office Guangdong center, Guangzhou, Guangdong 510530

The concept of semiconductor is a little distance to the average person, but we can not live without it. Under the background of the development of information technology, people are more and more dependent on electronic products in life. Semiconductor is mainly used in communication, high-speed computer, intelligent life and other fields. Semiconductor technology in information age is, for the most part, by the control of overseas enterprises, but in the era of China's semiconductor market also was going at a high speed. In this paper, the development trend of semiconductor lithography technology and equipment are discussed and analyzed, hope to provide some reference for the future development of semiconductor lithography technology and equipment.

semiconductor materials; lithography technology and equipment; development trend

TN305.7

A

1009-6434(2016)6-0117-02

溫菊（1987—），女，漢族，福建省龍巖市人，碩士，任職于國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，研究方向?yàn)榘雽?dǎo)體。