光刻是集成電路最重要的加工工藝，在整個(gè)芯片制造工藝中，幾乎每個(gè)工藝的實(shí)施，都離不開(kāi)光刻的技術(shù)。光刻也是制造芯片的最關(guān)鍵技術(shù)，它占芯片制造成本的35%以上。

我們大家現(xiàn)在都知道芯片對(duì)于我們國(guó)家的發(fā)展是具有多么重要的意義了，光刻技術(shù)與我們的生活息息相關(guān)，我們用的手機(jī)，電腦等各種各樣的電子產(chǎn)品，里面的芯片制作離不開(kāi)光科技束。我們沒(méi)有自己的高精端芯片，一個(gè)是因?yàn)槲覀儧](méi)有自己的設(shè)計(jì)能力，第二個(gè)是我們沒(méi)有制造芯片的能力，很簡(jiǎn)單的理解，芯片是需要研發(fā)設(shè)計(jì)的，但是設(shè)計(jì)出來(lái)了，該怎么生產(chǎn)出來(lái)，這個(gè)也是很關(guān)鍵，這就需要用到光刻機(jī)以及刻蝕機(jī)了。

光刻機(jī)原理
光刻機(jī)根據(jù)用途的不同，可以分為用于生產(chǎn)芯片、用于封裝和用于LED制造。
按照光源和發(fā)展前后，依次可分為紫外光源（UV）、深紫外光源(DUV)、極紫外光源（EUV），光源的波長(zhǎng)影響光刻機(jī)的工藝。
光刻機(jī)可分為接觸式光刻、直寫式光刻、投影式光刻。

接近或接觸式光刻通過(guò)無(wú)限靠近，復(fù)制掩模板上的圖案。直寫式光刻是將光束聚焦為一點(diǎn)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)工件臺(tái)或鏡頭掃描實(shí)現(xiàn)任意圖形加工。投影式光刻因其高效率、無(wú)損傷的優(yōu)點(diǎn)，是集成電路主流光刻技術(shù)。

實(shí)際上，我們可以將投影式光刻想象為膠片攝影。膠片攝影是通過(guò)按下快門，光線通過(guò)鏡頭投射到膠卷上并曝光。之后通過(guò)“洗照片”，即將膠卷在顯影液中浸泡，得到圖像。

光刻機(jī)光刻的工作原理也是類似，光刻就是把芯片制作所需要的線路與功能區(qū)做出來(lái)。利用光刻機(jī)發(fā)出的光通過(guò)具有圖形的光罩對(duì)涂有光刻膠的薄片曝光，光刻膠見(jiàn)光后會(huì)發(fā)生性質(zhì)變化，從而使光罩上得圖形復(fù)印到薄片上，從而使薄片具有電子線路圖的作用。這就是光刻的作用。照相機(jī)拍攝的照片是印在底片上，而光刻刻的不是照片，而是電路圖和其他電子元件。

光刻技術(shù)是一種精密的微細(xì)加工技術(shù)。常規(guī)光刻技術(shù)是采用波長(zhǎng)為2000～4500埃的紫外光作為圖像信息載體，以光致抗光刻技術(shù)蝕劑為中間（圖像記錄）媒介實(shí)現(xiàn)圖形的變換、轉(zhuǎn)移和處理，最終把圖像信息傳遞到晶片(主要指硅片)或介質(zhì)層上的一種工藝。
在廣義上，光刻包括光復(fù)印和刻蝕工藝兩個(gè)主要方面
1、光復(fù)印工藝：經(jīng)曝光系統(tǒng)將預(yù)制在掩模版上的器件或電路圖形按所要求的位置，精確傳遞到預(yù)涂在晶片表面或介質(zhì)層上的光致抗蝕劑薄層上。

2、刻蝕工藝：利用化學(xué)或物理方法，將抗蝕劑薄層未掩蔽的晶片表面或介質(zhì)層除去，從而在晶片表面或介質(zhì)層上獲得與抗蝕劑薄層圖形完全一致的圖形。集成電路各功能層是立體重疊的，因而光刻工藝總是多次反復(fù)進(jìn)行。例如，大規(guī)模集成電路要經(jīng)過(guò)約10次光刻才能完成各層圖形的全部傳遞。
光刻技術(shù)在狹義上，光刻工藝僅指光復(fù)印工藝。

光刻技術(shù)的發(fā)展
1947年，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明第一只點(diǎn)接觸晶體管。從此光刻技術(shù)開(kāi)始了發(fā)展。

1959年，世界上第一架晶體管計(jì)算機(jī)誕生，提出光刻工藝，仙童半導(dǎo)體研制世界第一個(gè)適用單結(jié)構(gòu)硅晶片。

1960年代，仙童提出CMOS IC制造工藝，第一臺(tái)IC計(jì)算機(jī)IBM360，并且建立了世界上第一臺(tái)2英寸集成電路生產(chǎn)線，美國(guó)GCA公司開(kāi)發(fā)出光學(xué)圖形發(fā)生器和分布重復(fù)精縮機(jī)。

1970年代，GCA開(kāi)發(fā)出第一臺(tái)分布重復(fù)投影曝光機(jī)，集成電路圖形線寬從1.5μm縮小到0.5μm節(jié)點(diǎn)。

1980年代，美國(guó)SVGL公司開(kāi)發(fā)出第一代步進(jìn)掃描投影曝光機(jī)，集成電路圖形線寬從0.5μm縮小到0.35μm節(jié)點(diǎn)。

1990年代，Cano1995年著手300mm晶圓曝光機(jī)，推出EX3L和5L步進(jìn)機(jī)；ASML推出FPA2500，193nm波長(zhǎng)步進(jìn)掃描曝光機(jī)。光學(xué)光刻分辨率到達(dá)70nm的“極限”。

2000年以來(lái)，在光學(xué)光刻技術(shù)努力突破分辨率“極限”的同時(shí)，NGL正在研究，包括極紫外線光刻技術(shù)，電子束光刻技術(shù)，X射線光刻技術(shù)，納米壓印技術(shù)等。


光學(xué)光刻技術(shù)
光學(xué)光刻是通過(guò)廣德照射用投影方法將掩模上的大規(guī)模集成電路器件的結(jié)構(gòu)圖形畫在涂有光刻膠的硅片上，通過(guò)光的照射，光刻膠的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而生成電路圖。限制成品所能獲得的最小尺寸與光刻系統(tǒng)能獲得的分辨率直接相關(guān)，而減小照射光源的波長(zhǎng)是提高分辨率的最有效途徑。因?yàn)檫@個(gè)原因，開(kāi)發(fā)新型短波長(zhǎng)光源光刻機(jī)一直是各個(gè)國(guó)家的研究熱點(diǎn)。

除此之外，根據(jù)光的干涉特性，利用各種波前技術(shù)優(yōu)化工藝參數(shù)也是提高分辨率的重要手段。這些技術(shù)是運(yùn)用電磁理論結(jié)合光刻實(shí)際對(duì)曝光成像進(jìn)行深入的分析所取得的突破。其中有移相掩膜、離軸照明技術(shù)、鄰近效應(yīng)校正等。運(yùn)用這些技術(shù)，可在目前的技術(shù)水平上獲得更高分辨率的光刻圖形。
20世紀(jì)70—80年代，光刻設(shè)備主要采用普通光源和汞燈作為曝光光源，其特征尺寸在微米級(jí)以上。90年代以來(lái)，為了適應(yīng)IC集成度逐步提高的要求，相繼出現(xiàn)了g譜線、h譜線、I譜線光源以及KrF、ArF等準(zhǔn)分子激光光源。目前光學(xué)光刻技術(shù)的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為縮短曝光光源波長(zhǎng)、提高數(shù)值孔徑和改進(jìn)曝光方式。

光刻機(jī)應(yīng)用
光刻機(jī)可廣泛應(yīng)用于微納流控晶片加工、微納光學(xué)元件、微納光柵、ＮＭＥＭＳ器件等微納結(jié)構(gòu)器件的制備。


還有一個(gè)和光刻機(jī)齊名的，刻蝕機(jī)。
芯片的制造最重要的三個(gè)環(huán)節(jié)就是光刻，刻蝕和沉積，其中，光刻是最復(fù)雜、最關(guān)鍵、成本最高、耗時(shí)最高的環(huán)節(jié)?？涛g的成本僅次于光刻，重要性也在不斷上升，而薄膜沉積也是必不可少的重要工序，在制造中，為了實(shí)現(xiàn)大型集成電路的分層結(jié)構(gòu)，需要反復(fù)進(jìn)行沉積-刻蝕-沉積的過(guò)程。
雖然光刻機(jī)受到其他國(guó)家的限制，但刻蝕機(jī)不同，已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了彎道超車，光刻機(jī)的作用就是在這個(gè)小芯片之上雕刻了數(shù)以億計(jì)的晶體管和電子元件，那刻蝕機(jī)的作用是什么呢？

刻蝕機(jī)是什么
從刻蝕的定義和原理上我們知道，它其實(shí)就是在晶圓上刻畫電路圖的過(guò)程。

實(shí)際上狹義理解就是光刻腐蝕，先通過(guò)光刻將光刻膠進(jìn)行光刻曝光處理，然后通過(guò)其它方式實(shí)現(xiàn)腐蝕處理掉所需除去的部分。隨著微制造工藝的發(fā)展；廣義上來(lái)講，刻蝕成了通過(guò)溶液、反應(yīng)離子或其它機(jī)械方式來(lái)剝離、去除材料的一種統(tǒng)稱，成為微加工制造的一種普適叫法。


刻蝕機(jī)的原理
感應(yīng)耦合等離子體刻蝕法（InducTIvely CoupledPlasma Etch，簡(jiǎn)稱ICPE）是化學(xué)過(guò)程和物理過(guò)程共同作用的結(jié)果。它的基本原理是在真空低氣壓下，ICP 射頻電源產(chǎn)生的射頻輸出到環(huán)形耦合線圈，以一定比例的混合刻蝕氣體經(jīng)耦合輝光放電，產(chǎn)生高密度的等離子體，在下電極的RF 射頻作用下，這些等離子體對(duì)基片表面進(jìn)行轟擊，基片圖形區(qū)域的半導(dǎo)體材料的化學(xué)鍵被打斷，與刻蝕氣體生成揮發(fā)性物質(zhì)，以氣體形式脫離基片，從真空管路被抽走。

國(guó)內(nèi)的刻蝕機(jī)設(shè)備制造商這幾年正在奮起直追，并且已經(jīng)取得了非?？上驳某晒?。其中有代表性的是上海中微半導(dǎo)體公司和北京的北方華創(chuàng)科技公司。他們?cè)趪?guó)產(chǎn)刻蝕機(jī)設(shè)備技術(shù)突破方面有重要的貢獻(xiàn)。

在2017年，中微半導(dǎo)體研發(fā)的7nm等離子體刻蝕機(jī)已經(jīng)在國(guó)際一流的集成電路生產(chǎn)線上量產(chǎn)使用，而2019年12月，中微半導(dǎo)體CEO尹志堯也曾透露，他們5nm蝕刻機(jī)已經(jīng)得到了臺(tái)積電認(rèn)可，將用于臺(tái)積電5nm芯片的產(chǎn)線。