產(chǎn)品推薦 | 從物理極限到數(shù)字自由：澤攸光刻技術(shù)如何在小批量制造中破局

更新時(shí)間：2025-12-02

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任何關(guān)于光刻技術(shù)的討論，都繞不開(kāi)瑞利判據(jù)。這個(gè)源于天文學(xué)家瑞利勛爵的準(zhǔn)則，精準(zhǔn)地定義了投影式光刻系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的最小特征尺寸。

CD=k1 * (λ / NA)這個(gè)簡(jiǎn)潔公式揭示了決定光刻分辨率的三大核心要素：波長(zhǎng)（λ）、數(shù)值孔徑（NA）和工藝因子（k1）。它如同一座燈塔，為光刻技術(shù)的演進(jìn)指明了三個(gè)方向：縮短波長(zhǎng)、增大數(shù)值孔徑以及降低工藝因子。

然而，每一條路徑都伴隨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)和成本投入。當(dāng)特征尺寸不斷逼近光源波長(zhǎng)時(shí)，光的衍射效應(yīng)愈發(fā)顯著，單純依賴物理參數(shù)的改進(jìn)已顯得力不從心。

中工程的智慧：突破衍射極限的“組合拳"

國(guó)記者節(jié)

面對(duì)物理極限，光刻工程師們發(fā)展出了一系列精巧的解決方案——分辨率增強(qiáng)技術(shù)（RET），其核心思想在于通過(guò)優(yōu)化照明方式和掩模版圖形，主動(dòng)地“管理"衍射光場(chǎng)。浸沒(méi)式光刻成為增大NA路徑上的一大創(chuàng)舉。通過(guò)在投影物鏡與晶圓之間填充高折射率液體，等效地將NA的天花板從1.0提升至1.44。這一技術(shù)極大地延長(zhǎng)了193nm ArF光刻技術(shù)的生命周期。離軸照明（OAI）通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的照明光闌，使光線以一定角度傾斜照射，改變衍射光的空間分布，使得更高頻率的衍射級(jí)次能夠進(jìn)入物鏡。

離軸照明通過(guò)傾斜照明，改變了（a）中所示二元掩模的常規(guī)成像，導(dǎo)致（b）中所示的衍射圖案發(fā)生偏移

相移掩模（PSM）在控制光振幅的基礎(chǔ)上，引入相位控制，利用光波的干涉相消原理，在圖形邊緣形成更陡峭的光強(qiáng)梯度。

相移掩模類型：（1）二元掩模，（2）相移掩模，（3）蝕刻石英掩模（萊文森掩模），（4）半色調(diào)掩模。（頂部）掩模，（紅色）掩模上的光能/相位，（藍(lán)色）晶圓上的光能/相位，（綠色）晶圓上的光功率，（底部）硅晶圓上的光刻膠

光學(xué)鄰近效應(yīng)修正（OPC）技術(shù)通過(guò)預(yù)先對(duì)掩模版圖形進(jìn)行“反畸變"處理，補(bǔ)償成像過(guò)程中的光學(xué)失真。

一張OPC（光學(xué)鄰近校正）的示意圖。藍(lán)色的Γ形是芯片設(shè)計(jì)師希望印刷在晶圓上的形狀，綠色的是應(yīng)用光學(xué)鄰近校正后掩模上的圖案，紅色的輪廓是該形狀實(shí)際印刷在晶圓上的樣子（與期望的藍(lán)色目標(biāo)非常接近）

范式轉(zhuǎn)移：無(wú)掩模光刻的崛起

盡管RETs技術(shù)極大地推動(dòng)了大規(guī)模集成電路制造的進(jìn)步，但它們高度依賴于物理掩模版。掩模版的制造不僅成本高昂，且制作周期長(zhǎng)，成為研發(fā)和小批量生產(chǎn)的巨大障礙。無(wú)掩模光刻技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，摒棄了物理掩模，采用可實(shí)時(shí)編程的“數(shù)字掩模"來(lái)直接生成曝光圖案?；跀?shù)字微鏡器件（DMD）的無(wú)掩模光刻成為主流技術(shù)路徑之一。

DMD圖像技術(shù)概述

DMD由數(shù)百萬(wàn)個(gè)微米級(jí)的、可獨(dú)立高速翻轉(zhuǎn)的微型反射鏡組成。通過(guò)計(jì)算機(jī)精確控制每個(gè)微鏡的偏轉(zhuǎn)角度，就可以實(shí)時(shí)構(gòu)建出任意的二維光強(qiáng)分布圖形，實(shí)現(xiàn)“直寫(xiě)"。這一從“物理模板"到“數(shù)字光場(chǎng)"的轉(zhuǎn)變，帶來(lái)了革命性優(yōu)勢(shì)：設(shè)計(jì)靈活性、顯著的成本效益以及強(qiáng)大的功能拓展性。DMD不僅能實(shí)現(xiàn)開(kāi)/關(guān)二值調(diào)制，還能通過(guò)高速脈沖寬度調(diào)制實(shí)現(xiàn)多級(jí)灰度控制，輕松實(shí)現(xiàn)灰度光刻。

澤攸科技ZML系列DMD無(wú)掩膜光刻機(jī)

以澤攸科技為代表的科學(xué)儀器制造商，通過(guò)桌面化的DMD無(wú)掩模光刻系統(tǒng)，將這一技術(shù)推廣到了更廣泛的實(shí)驗(yàn)室和研發(fā)機(jī)構(gòu)。其ZML系列無(wú)掩模光刻機(jī)采用高功率LED光源，結(jié)合DMD技術(shù)，實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)別分辨率，同時(shí)集成CCD相機(jī)和自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，大大降低了操作難度。

在實(shí)際應(yīng)用中，這類設(shè)備已被用于二維材料器件的電極制備、微流控芯片的快速成型等前沿研究，展現(xiàn)了其在快速原型制造和多功能集成方面的潛力。

技術(shù)選擇的智慧

對(duì)于追求線寬、大規(guī)模量產(chǎn)的半導(dǎo)體制造而言，以EUV為代表的傳統(tǒng)掩模光刻仍是不可替代的主流。然而，在科研、教育、封裝、MEMS、生物芯片等領(lǐng)域，對(duì)研發(fā)效率、成本控制和設(shè)計(jì)靈活性的要求往往超越了對(duì)極限分辨率的單一追求。

無(wú)掩模光刻技術(shù)通過(guò)將光刻過(guò)程從“重資產(chǎn)"模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤拜p量化"數(shù)字流程，為工程師和科研人員提供了高效、經(jīng)濟(jì)且功能強(qiáng)大的新工具。它讓微納加工成為更多創(chuàng)新思想得以快速驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)。

技術(shù)的選擇并非簡(jiǎn)單的優(yōu)劣之分，而是在深刻理解物理邊界和工程特性的基礎(chǔ)上，針對(duì)具體應(yīng)用需求所做出的最明智權(quán)衡。在限制與自由之間，我們看到的是一條從“遵循物理"到“駕馭物理"的清晰脈絡(luò)。