半導體光刻技術及設備的發展趨勢

溫菊紅

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半導體光刻技術及設備的發展趨勢

溫菊紅

國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東 廣州 510530

半導體的概念對于普通人來講稍顯陌生，但是我們的生活卻又離不開它。在信息化的背景下，人們生活中對電子產品也是越發依賴。半導體主要應用于通訊、高速計算機、智能化生活等領域。信息化時代的半導體技術大部分還是受海外企業的掌控，但我國的半導體市場也在高速前進。在此以半導體光刻技術及設備的發展趨勢為主題進行討論與分析，望能對半導體光刻技術及設備的未來發展提供一些借鑒和參考。

半導體材料；光刻技術及設備；發展趨勢

隨著社會的快速進步，半導體的技術也隨著日趨成熟，而半導體光刻技術發展歷史也已超過五十年之久，但是它的發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也應隨之提高。在20世紀80年代前，科學家一致認同光刻技術最大分辨率就是0.5。隨著科學技術的發展，如今光刻技術已經可以達到0.1之下了，相信半導體光刻技術在未來還會取得更大的突破。

1 促進半導體光刻技術及設備發展的主要因素

1.1 硅片直徑的變化

促進半導體光刻技術發展的最主要因素就是實現了將硅片從200mm到300mm的轉變。據悉,200mm出片率僅是300mm的1/225，這轉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備的采購中，所以對設備的持續性使用提了很高的要求。因為300mm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 曝光技術的創新

曝光是芯片生產過程中至關重要的一個環節，從20世紀90年代開始，各國就不斷為曝光技術的改進而努力著，從1991年步進掃描曝光機的發布開始，一次次地將曝光技術進行改革和創新，在提高曝光技術的分辨率的同時，也在提升它的工藝性，并且降低它所需要的成本，達到更為經濟性的目的。[2]

2 半導體光刻技術及設備未來的發展趨勢

2.1 PSM技術

為了更好地進行小圖片匯集轉移的工作，以避免在此過程之中由于光的衍射作用使得圖片變形，就必須引進PSM技術。在一般的半導體材料制造過程普遍采用石英玻璃為原材料進行加工處理。經過無數實踐的驗證，有了PSM技術的幫助，極限的特征尺長能夠做到為曝光波長的1/5，科學家們有將它稱之為亞波長光刻技術。

2.2 深紫外光刻技術

為了真正做大0.1之下的圖像轉換，就必須對深紫外光刻技術進行深入的研究。這一技術要求光源范圍為11～15nm，且讓波長長度1～50nm之間的光波將紫外線的區域加以遮蔽，這一技術也被稱之為真空紫外曝光技術。它主要理論依據是憑借光源的波長以減小實際的孔徑大小，進而有效地提高分辨率。然而從現階段的情況來開，當前大部分的材料都是趨向于吸收短波長光，所以暫時還沒能找到符合這一技術條件的透鏡。目前科學家還在對這一技術進行積極研發，相信未來定會有所突破。

2.3 電子束曝光技術

電子束曝光技術的主要理論依據就是它必須仰仗于電子能量，且波長會隨著能量的變化而發生相應的變化。能量取值在10～50電子伏特范圍內的電子波長會與一般的光波小得多，還可以做到先前技術所做不到的分辨率，所以說這一技術是非常具有發展前景。[3]它和傳統曝光技術也有著共同點，都能夠憑借部分光學電子系統而形成的磁場作用來實現折射作用等。當前形勢中，最受矚目的就是SCALPEL這一技術，它不僅工藝精湛，而且還能更好地滿足生產需要。

2.4 X射線曝光技術

X射線的定義是光源的波長處于5nm之下，比一般的光源波長要短得多，所以在光刻過程中可以獲得更高的分辨率。X射線曝光技術已經有三十多年的歷史，但是直至今日仍未能找到適合這項技術的材料。X射線可以做到直穿模板的透明帶，且波長極小，基本上是沒有什么影響，因此射線曝光技術可以達到其他曝光技術難以到達的分辨率。實現從傳統曝光技術到射線曝光技術還有很長的一段路要走，相信隨著科技的不斷進步，終能掌握射線曝光技術。

2.5 離子束曝光技術

離子束曝光技術的工藝難度也遠在一般光刻技術之上，也非常適合應用在直寫式曝光和投影式曝光上。相較于其他的曝光技術，其優勢在于能夠一邊曝光，一邊進行腐蝕操作，這樣將大幅提高整個工藝流程的效率性和科學性。但是離子束曝光技術的一大缺點就是曝光效率異常低下，使得很難大范圍地使用在生產環節中。因此，離子束曝光技術最適用于掩模版的制造過程和對產生設備進行檢修維護工作之中。

3 結論

光刻是指將集成電路圖形從掩膜版上轉移到硅片上的工藝過程，是集成電路的關鍵技術之一，在整個產品制造中占據著不可或缺的位置。光刻成本占整個制造成本的35%，是決定了集成電路按照摩爾定律發展的一個重要原因。如果沒有光刻技術的進步，集成電路就不可能從微米進入深亞微米，再進入納米時代。所以，說半導體光刻技術的發展對社會未來的進程有著非常巨大的推動作用。

[1]鄒應全.光刻材料的發展及應用[J].信息記錄材料，2015（1）：33.

[2]仲冠丞.下一代光刻技術[J].科技與企業，2015（13）：24.

[3]李亞明.光刻技術的發展[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，任職于國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，研究方向為半導體。