半导体 | 光刻机的发展

▍步进重复光刻主要应用于0.25μm以上工艺：虽然扫描投影光刻机是在生产工作中超越接触式光刻机的一个重大飞跃，但它们仍有一些局限性，比如说与全局掩膜、图形失真，以及掩模版上的尘埃和玻璃损坏造成的缺陷相关的对准和套准问题。光刻时掩膜版固定不动，晶圆步进运动，完成全部曝光工作。目前步进重复光刻主要应用于0.25μ m以上工艺及先进封装领域。

(a)扫描   (b)1:1分步/重复   (c)缩小分步/重复

由于每次曝光区域变小，以及对尘埃敏感性的减小，分辨率得以提高。有些步进式光刻机是1:1型的,就是掩模版上的图形尺寸与品圆上需要的图形尺寸相同。其他的则采用为最终尺寸5~10倍的掩模版，它们被称为缩小步进光刻机(reduction stepper)。制造加大尺寸的放大掩模版更加容易，而且尘埃和玻璃的细小变形会在曝光过程中减小乃至消失。一般来说，缩小倍数x5是较佳的。

▍步进扫描光刻被大量采用：随着集成电路的集成度不断提高，芯片面积变大，要求一次曝光的面积增大，促使更为先进的步进扫描光刻机问世。步进扫描光刻机在曝光视场尺寸及曝光均匀性上更有优势，在0.25μm以下的制造中减少了步进重复光刻机的应用。

步进式和扫描式光刻机的比较(a)对于9cm的图形，步进重复式光刻机需要42.4mm直径的透镜区域(b)同样的图形,步进扫描式光刻机只需23.7mm直径的透镜区域

投影光刻技术根据投影物镜下方和晶圆间是否有水作为介质可以分为干式光刻和浸润式光刻。

▍干式光刻技术无法满足不断缩小的线宽：光从投影物镜射出，由玻璃介质进入空气介质，会发生衍射，光角度发生变化，最终成像于晶圆表面。随着线宽不断缩小，衍射效应不断增加，需要增大投影物镜直径来接受更多的光， 这导致物镜内聚焦的光角度越来越大，再经过折射效应， 射出投影物镜的光角度接近水平，无法成像，因此出现了浸润式光刻技术。