光刻技术是led制造过程中的一个步骤，它是利用光学一化学反应原理和化学、物
理刻蚀方法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。随着半导体技术的发展，光刻技术传递图形的尺寸限度缩小了2～3个数量级（从
毫米级到亚微米级），已从常规光学技术发展到应用电子束、x射线、微离子束、激光等
新技术；其使用波长也已从4000埃扩展到0.1埃数量级范围。光刻技术已经成为一种精
密的微细加工技术。
1) 193 nm浸入式光刻技术
在传统的光刻技术中，其镜头与光刻胶之间的介质是空气，而所谓浸入式光刻技术
是指将空气介质换成液体。实际上，浸入式光刻技术是利用光通过液体介质后光源波长缩
短来提高分辨率的，其缩短的倍率即为液体介质的折射率。例如，在193 nm光刻机中，
在光源与硅片（光刻胶）之间加入水作为介质，由于水的折射率约为1.4，则波长可缩短
为193 nm/1.4=132 nm。如果放的液体不是水而是其他液体，且其折射率比1.4高时，那
么实际分辨率可以非常方便地再次提高，这也是浸入式光刻技术能很快普及的原因。
浸入式光刻技术目前采用的是两次去离子的蒸馏水。在浸入式光刻机系统中，多种
原因都可能产生气泡，如减压、气泡表面的空气渗透、硅片表面的空气吸入或者与光刻胶
表面的作用等。研究人员曾经做了气泡从彤成到破裂的寿命试验，实验发现（包括理论的
估计）微细气泡的寿命正比于它的直径，且许多微细气泡在破裂之前实际已经分解。
2) 157 nm光刻技术
157 nm光刻，传统上被称为光学方法的极限，其光源采用的是氟气准分子激光，可发
出波长为157 nm附近的真空紫外光。总的来说，目前氟气准分子激光器的功率已达到20 w，
而157 nm光刻尚处在研发之中。
目前157 nm光刻技术的主要困难如下所示。
(1)当波长短到157 nm时，大多数的光学镜头材料都是高吸收态，易将激光的能量
吸收，且在受热膨胀后会造成球面像差。目前只有氟化钙为低吸收材料，可供157 nm使
用。由于二氟化钙镜头结构在双折射等的方面技术问题尚无法解决，加之产量需求少，投
入非常大，所以造成成本昂贵。
(2)有机材料的软pellicle不可能承受157 nm的辐射（因辐射吸收热量太大），而无
机材料的硬pellicle必须用熔融的石英材料经特殊的加工制成，但要将其加工成非常薄的
材料非常困难，到了800 ym的厚度时就可能因为重力而下垂了。
(3)尽管intel宣布决定放弃157 nm光刻，但是业界在157 nm光刻技术的进程并没
有因此停顿，至少在32 nm光刻技术的选择方法中是一个重要的筹码，因为157 nm也能
因附加浸入式技术而提高分辨率。
3) euv（极短紫外光）光刻
光刻技术的进步，在157 nm之后被人们称为下一代光刻技术(ngl)。其中euv是
较有前途的方法之一。euv技术最明显的特点是曝光波长一下子降到了13.5 nm。在如此
短波长的光源下，几乎所有物质都有很强的吸收性，因此不能使用传统的穿透式光学系统，
而要改用反射式的光学系统，但是反射式光学系统难以设计成大的芯片，因而会造成分辨
率无法提高。
euv技术还有一些其他优点，如可通用krf曝光中的光刻胶及短波长，不需要使用
opc（光邻近效应的图形补偿）技术等，大大降低了掩模成本。
euv技术的主要挑战有以下几个方面。
(1)对于euv光源的研制，目前的技术路线有三种：第一种是源自cymer的高密度
等离子体潋光器；第二种是放电型等离子体激光器(dpp)；第三种是基于激光产生等离
子体( lpp)技术。为实现芯片的批量生产，需要高功率的激光器，同时又是降低euv
光刻机的关键。目前euv光源的功率已达10 w，试验样机的要求是30 w，而真正满足
批量生产的要求是100 w。
(2)在euv光刻技术中，由于掩模采用的是反射式（通常都是穿透式），所以掩模
的制作十分困难。一般采用80层堆叠的mo/si薄膜，每一个mo（钼）层与si（硅）层
的厚度分别为2.8 nm及4.0 nm。而且要求每层必须绝对平滑，误差只容许为一个原子大
小，因此如何制作多层涂布、低缺陷的掩模仍是个大挑战。目前认为当掩模上的颗粒尺寸
为50 nm时就无法接受了，因此通常要采用掩模修正技术，如离子铣，或者用电子束在
局部区域加热气化修正多余的图形等。另外，涉及掩模的储存、运输及操作也非常困难。
4)电子束投影光刻(epl)
随着光学波长的限制及曝光设备的复杂化，促使非光学方法的光刻技术开始发展，
其中电子束投影光刻是相对成功的发展方向之一。epl技术是利用电子枪所产生的电子
束，通过磁场聚焦、扫描、经计算机控制电子束的剂量后，照射在硅片的光刻胶上来形成
图形的。
epl霈要极高的真空度，以防止尘埃在光学元件上堆积而造成曝光结构的改变（严
重时有可能导致电子束的闪电）。除此之外，反向散射效应及空间电荷积累造成电子束的
库仑互斥力也是致命的因素。
目前影响epl进程的主要难点如下所示。
(1)由于计算的数据量太大，所以目前能达每小时10片已经相当不易了，其发展目
标是每小时25片。随着计算机速度的提高及设计方法的改进，此目标大有希望达成。
(2) epl中的leepl最大的优点在于电子束能量仅有2 kv，可以有效地防止因散射
电子的能量重叠而造成分辨率降低。除此之外，leepl技术还有空间电荷累积少及无光
学近接效应等优点。但是leepl需使用1:1的掩模，因此掩模的制作成本相对较高，污
染控制及pellicle的使用将是又一个挑战。
(3)由于epl的分辨率高，而且焦点深度(dof)深，所以它非常适用于高纵横比
的接触孔图形的制作。另外，在如soc系统芯片等多品种、小批量及中品种、中批量的
生产过程中，epl的优点逐渐显露。
随着无掩模技术及多束电子束技术的进展，使得电子束光刻技术在提高硅片产出方
面也有了很大的进步，电子束光刻技术已受到人们的极大关注。
光刻技术是半导体工业的“领头羊”。不管是采用缩短波长，或是增大镜头的na，
还是采用浸入式技术或者非光学方法等，所有这些光刻技术的关键在于成本。从这点出发，
似乎目前的浸入式光刻技术略占优势。但是未来究竟谁能成为下一伐光刻技术的主流，恐
怕只有时间才能给出正确的答案。
