三维光刻技术对芯片制造至关重要性

       三维光刻是将掩模版上的图形转移到涂有光致抗蚀剂（或称光刻胶）的硅片上，通过一系列生产步骤将硅片表面薄膜的特定部分除去的一种图形转移技术。光刻技术是借用照相技术、平板印刷技术的基础上发展起来的半导体关键工艺技术。通俗易懂的说，集成电路制造，是要在几平方厘米的面积上，成批的制造出数以亿计的器件，而每个器件结构的也相当复杂 。打个比方，这个规模相当于在一根头发丝的横截面积上制造几十上百万个这样的晶体管。有些类似于印刷术或者照相的技术，首 选需要一个模具，然后想办法将模具上的图形结构转移到旋涂有光刻胶的基底上。然而由于要做的晶体管结构相当小，只有借用“无孔不入”的光来实现这一功能，这就是光刻技术，字面理解，就是用光来“雕刻”。

       想象一下照相，物体反射的光线经过镜头，投影在底片上，然后底片上的感光材料发生变化，从而将物体“转移”到底片上，这是一个成像过程。光刻也类似， 光源发出的光线照射在掩模版（前文说的模具）上，出射的光线已经携带了掩模版上的图形信息。掩模版就是在透明的基底（石英）上绘制出需要制作的图形结构，有图形的地方是透明的，没有图形的地方是遮光（金属铬）的，也可以反过来。携带掩模版图形信息的光线照射在旋涂有感光材料（光刻胶）的基底上，这一过程称为曝光，受到照射的位置光刻胶性质会发生改变，使其能够溶于碱性或者酸性溶液，这一过程称为显影。通过曝光和显影，掩模版上的图形就被转移到了光刻胶上，然后经过后续刻蚀或者薄膜淀积等工艺再将光刻胶上的图形转移到基底上。

       根据曝光方式的不同，光刻机主要分为3种，接触式，接近式以及投影式，如图3所示。接触式光刻机是Z简单的光刻机，曝光时，掩模压在涂有光刻胶的晶圆片上，优点是设备简单，分辨率高，没有衍射效应，缺点是掩模版与涂有光刻胶的晶圆片直接接触，每次接触都会在晶圆片和掩模版上产生缺陷，降低掩模版使用寿命，成品率低，不适合大规模生产。接近式光刻机掩模版与光刻胶间隔10~50μm，所以缺陷大大减少，优点是避免晶圆片与掩模直接接触，缺陷少，缺点是分辨率下降，存在衍射效应。而现今硅片光学曝光Z主要的方法是投影式曝光，一般光学系统将掩模版上的图像缩小4x或5x倍，聚焦并与硅片上已有的图形对准后曝光，每次曝光一小部分，曝完一个图形后，硅片移动到下一个曝光位置继续对准曝光，这种方法有接触式的分辨率，但不产生缺陷。实际光刻机中的曝光系统复杂的多 。 

       上面简述了三维光刻工艺的流程，在实际工艺中，一个芯片的产生要经历几十次光刻才能完成，有些结构层甚至需要多次光刻才能形成。光刻是芯片制造的核心，是IC制造的Z关键步骤，在主流的微电子制造过程中，光刻是Z复杂、昂贵和关键的工艺，其成本约占整个硅片加工成本的三分之一甚至更多。