半导体光刻技术及设备的发展趋势

温菊红



半导体光刻技术及设备的发展趋势

温菊红

国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东 广州 510530

半导体的概念对于普通人来讲稍显陌生，但是我们的生活却又离不开它。在信息化的背景下，人们生活中对电子产品也是越发依赖。半导体主要应用于通讯、高速计算机、智能化生活等领域。信息化时代的半导体技术大部分还是受海外企业的掌控，但我国的半导体市场也在高速前进。在此以半导体光刻技术及设备的发展趋势为主题进行讨论与分析，望能对半导体光刻技术及设备的未来发展提供一些借鉴和参考。

半导体材料；光刻技术及设备；发展趋势

随着社会的快速进步，半导体的技术也随着日趋成熟，而半导体光刻技术发展历史也已超过五十年之久，但是它的发展前景仍然是不可小觑。[1]由于芯片的集成度得到大幅度提升，这也迫使着光刻技术也应随之提高。在20世纪80年代前，科学家一致认同光刻技术最大分辨率就是0.5。随着科学技术的发展，如今光刻技术已经可以达到0.1之下了，相信半导体光刻技术在未来还会取得更大的突破。

1 促进半导体光刻技术及设备发展的主要因素

1.1 硅片直径的变化

促进半导体光刻技术发展的最主要因素就是实现了将硅片从200mm到300mm的转变。据悉,200mm出片率仅是300mm的1/225，这转变有效地提高了硅片的出片率。300mm的厂商将主要的资金投入到设备的采购中，所以对设备的持续性使用提了很高的要求。因为300mm硅片由180nm开始切入的，所以仪器就算到了150、130，乃至100nm依然可以使用。

1.2 曝光技术的创新

曝光是芯片生产过程中至关重要的一个环节，从20世纪90年代开始，各国就不断为曝光技术的改进而努力着，从1991年步进扫描曝光机的发布开始，一次次地将曝光技术进行改革和创新，在提高曝光技术的分辨率的同时，也在提升它的工艺性，并且降低它所需要的成本，达到更为经济性的目的。[2]

2 半导体光刻技术及设备未来的发展趋势

2.1 PSM技术

为了更好地进行小图片汇集转移的工作，以避免在此过程之中由于光的衍射作用使得图片变形，就必须引进PSM技术。在一般的半导体材料制造过程普遍采用石英玻璃为原材料进行加工处理。经过无数实践的验证，有了PSM技术的帮助，极限的特征尺长能够做到为曝光波长的1/5，科学家们有将它称之为亚波长光刻技术。

2.2 深紫外光刻技术

为了真正做大0.1之下的图像转换，就必须对深紫外光刻技术进行深入的研究。这一技术要求光源范围为11～15nm，且让波长长度1～50nm之间的光波将紫外线的区域加以遮蔽，这一技术也被称之为真空紫外曝光技术。它主要理论依据是凭借光源的波长以减小实际的孔径大小，进而有效地提高分辨率。然而从现阶段的情况来开，当前大部分的材料都是趋向于吸收短波长光，所以暂时还没能找到符合这一技术条件的透镜。目前科学家还在对这一技术进行积极研发，相信未来定会有所突破。

2.3 电子束曝光技术

电子束曝光技术的主要理论依据就是它必须仰仗于电子能量，且波长会随着能量的变化而发生相应的变化。能量取值在10～50电子伏特范围内的电子波长会与一般的光波小得多，还可以做到先前技术所做不到的分辨率，所以说这一技术是非常具有发展前景。[3]它和传统曝光技术也有着共同点，都能够凭借部分光学电子系统而形成的磁场作用来实现折射作用等。当前形势中，最受瞩目的就是SCALPEL这一技术，它不仅工艺精湛，而且还能更好地满足生产需要。

2.4 X射线曝光技术

X射线的定义是光源的波长处于5nm之下，比一般的光源波长要短得多，所以在光刻过程中可以获得更高的分辨率。X射线曝光技术已经有三十多年的历史，但是直至今日仍未能找到适合这项技术的材料。X射线可以做到直穿模板的透明带，且波长极小，基本上是没有什么影响，因此射线曝光技术可以达到其他曝光技术难以到达的分辨率。实现从传统曝光技术到射线曝光技术还有很长的一段路要走，相信随着科技的不断进步，终能掌握射线曝光技术。

2.5 离子束曝光技术

离子束曝光技术的工艺难度也远在一般光刻技术之上，也非常适合应用在直写式曝光和投影式曝光上。相较于其他的曝光技术，其优势在于能够一边曝光，一边进行腐蚀操作，这样将大幅提高整个工艺流程的效率性和科学性。但是离子束曝光技术的一大缺点就是曝光效率异常低下，使得很难大范围地使用在生产环节中。因此，离子束曝光技术最适用于掩模版的制造过程和对产生设备进行检修维护工作之中。

3 结论

光刻是指将集成电路图形从掩膜版上转移到硅片上的工艺过程，是集成电路的关键技术之一，在整个产品制造中占据着不可或缺的位置。光刻成本占整个制造成本的35%，是决定了集成电路按照摩尔定律发展的一个重要原因。如果没有光刻技术的进步，集成电路就不可能从微米进入深亚微米，再进入纳米时代。所以，说半导体光刻技术的发展对社会未来的进程有着非常巨大的推动作用。

[1]邹应全.光刻材料的发展及应用[J].信息记录材料，2015（1）：33.

[2]仲冠丞.下一代光刻技术[J].科技与企业，2015（13）：24.

[3]李亚明.光刻技术的发展[J].电子世界，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

温菊（1987—），女，汉族，福建省龙岩市人，硕士，任职于国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，研究方向为半导体。