光刻技術(shù)的起源

光刻技術(shù)的起源可以追溯到19世紀(jì)早期，當(dāng)時(shí)攝影和版畫領(lǐng)域的探索啟發(fā)了人們對(duì)光刻技術(shù)的初步思考。最初，人們發(fā)現(xiàn)某些光敏感材料（如金屬鹽或膠片）具有對(duì)光的敏感性，受光照射后會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，這一性質(zhì)成為了光刻技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著攝影術(shù)的興起，人們開始探索如何利用光在不同表面上生成圖案，這為后續(xù)光刻技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

到了20世紀(jì)，光刻技術(shù)開始與半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)生聯(lián)系。1955年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的朱爾斯安德魯斯和沃爾特邦德開始把制造印刷電路板的光刻技術(shù)應(yīng)用到矽片上，這是光刻技術(shù)在半導(dǎo)體領(lǐng)域應(yīng)用的重要開端。1958年，仙童半導(dǎo)體的諾伊斯和拉斯特制造了第一臺(tái)“步進(jìn)重復(fù)”光刻照相機(jī)，并用于硅基晶體三極管的制造。這一時(shí)期的光刻技術(shù)主要還是處于探索和初步應(yīng)用階段，為后來光刻技術(shù)在芯片制造中的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

在光刻技術(shù)誕生之前，人類已經(jīng)有了電子計(jì)算機(jī)，但當(dāng)時(shí)還未將光刻技術(shù)與芯片制造緊密結(jié)合起來。1958年，工程師基爾比將多個(gè)“晶體管”內(nèi)置在同一塊硅板或鍺板上并形成“集成電路”（也就是芯片），之后隨著晶體管小型化問題的出現(xiàn)，光刻技術(shù)在芯片制造中的重要性日益凸顯。1962年，美國GCA公司制造出第一臺(tái)接觸式光刻機(jī)，這一事件標(biāo)志著光刻技術(shù)在芯片制造中的一個(gè)重要里程碑，使得光刻技術(shù)在芯片制造中的應(yīng)用開始走向商業(yè)化和規(guī)?；?。

光刻技術(shù)發(fā)展的重要階段

早期發(fā)展階段（20世紀(jì)60 - 70年代）

20世紀(jì)60年代，美國GCA公司制造出第一臺(tái)接觸式光刻機(jī)，這是當(dāng)時(shí)光刻技術(shù)的重要成果。接觸式光刻機(jī)是將光掩模直接蓋在硅片上，兩者直接接觸后在上方用光線照射來實(shí)現(xiàn)光刻。在這個(gè)時(shí)期，日本的尼康和佳能打入了GCA的供應(yīng)鏈，通過供應(yīng)相關(guān)產(chǎn)品學(xué)習(xí)到了光刻機(jī)生產(chǎn)工藝和技術(shù)知識(shí)。到了60年代末期，尼康和佳能開始自主研發(fā)光刻機(jī)。

1970年代，光刻技術(shù)在集成電路制造中的應(yīng)用逐步發(fā)展。這一時(shí)期，光刻機(jī)械技術(shù)和光學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，光刻技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于集成電路制造，并且隨著半導(dǎo)體器件尺寸的不斷縮小，光刻技術(shù)成為制造微電子設(shè)備的核心方法之一，其精度和分辨率也開始逐步提高。例如，中國在1970年代也開始了光刻技術(shù)相關(guān)的研制工作，中國科學(xué)院開始研制計(jì)算機(jī)輔助光刻掩膜工藝，武漢無線電元件三廠編寫了《光刻掩模版的制造》等工作，1978年，1445所在GK - 3的基礎(chǔ)上開發(fā)了GK - 4，但還沒有擺脫接觸式光刻機(jī)。

技術(shù)競(jìng)爭與突破階段（20世紀(jì)80 - 90年代）

20世紀(jì)80年代，光刻技術(shù)進(jìn)入了新的發(fā)展階段，競(jìng)爭更加激烈。1980年，尼康推出第一臺(tái)步進(jìn)式光刻機(jī)，這種光刻機(jī)在穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度上更加優(yōu)異。尼康在日本國內(nèi)企業(yè)和政府的共同努力下攻克了初代光刻機(jī)的技術(shù)問題，于1982年向美國賣出高性能的光刻機(jī)，迅速占據(jù)了市場(chǎng)份額。

同一時(shí)期，ASML的前身Natlab在1981年研制出了光刻機(jī)原型，雖然在精確度上表現(xiàn)較好，但由于商業(yè)等多方面原因，這項(xiàng)技術(shù)在當(dāng)時(shí)并沒有受到廣泛關(guān)注。1984年，ASML正式成立，第一任CEO通過管理手段解決了光刻機(jī)大規(guī)模生產(chǎn)的難題。到了1987年，ASML在與臺(tái)積電的合作中受益，逐漸在市場(chǎng)上嶄露頭角。

20世紀(jì)90年代，光刻機(jī)的競(jìng)爭焦點(diǎn)集中在光源波長上。尼康等公司主張延續(xù)前代技術(shù)，而臺(tái)積電的林本堅(jiān)提出了“浸沒式光刻”方案，即利用水改變光折射率，但他在游說美、日、德各家半導(dǎo)體巨頭無果后，與ASML合作，ASML僅用一年時(shí)間就制作出樣機(jī)，憑借此技術(shù)收獲大量訂單并開始逆襲。

極紫外光刻技術(shù)發(fā)展階段（21世紀(jì)初至今）

21世紀(jì)初，為了進(jìn)一步提高芯片制造的精度，極紫外光刻（EUV）技術(shù)開始成為研究和發(fā)展的重點(diǎn)。EUV光刻機(jī)使用波長為13.5納米的極紫外光作為光源，這種光源的波長極短，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的分辨率，從而可以制造出更小尺寸、更高性能的芯片。

1997年，英特爾發(fā)覺到僅憑一兩家企業(yè)想要攻克193nm光源問題無比困難，便說服了美國能源部共同發(fā)起了EUV LLC合作組織，這個(gè)聯(lián)盟匯集了眾多頂級(jí)企業(yè)和頂尖科學(xué)家。在眾多力量的共同研發(fā)下，2006年，ASML生產(chǎn)出了更為先進(jìn)的EUV光刻機(jī)設(shè)備，這一設(shè)備的出現(xiàn)進(jìn)一步提升了芯片的性能，使得芯片制造能夠滿足更高的要求，并且EUV光刻機(jī)成為了用于生產(chǎn)手機(jī)、電腦和各類數(shù)據(jù)處理器等關(guān)鍵芯片的重要工具。如今，EUV技術(shù)已經(jīng)成為7nm及以下制程節(jié)點(diǎn)的主流光刻技術(shù)，并且技術(shù)還在不斷發(fā)展和完善，例如高數(shù)值孔徑（High - NA）EUV光刻技術(shù)是EUV光刻技術(shù)的下一代發(fā)展方向，通過提高光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑來進(jìn)一步提高分辨率。

當(dāng)前光刻技術(shù)的最新進(jìn)展

無掩膜光刻技術(shù)的突破

在傳統(tǒng)的光刻技術(shù)中，掩膜版是一個(gè)關(guān)鍵的組成部分，但它存在制造周期長、成本高且在多次曝光過程中容易磨損等問題。近期，思坦科技與南方科技大學(xué)、香港科技大學(xué)以及國家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心（蘇州）聯(lián)合攻關(guān)，成功研發(fā)出基于高功率鋁鎵氮（AlGaN）深紫外Micro - LED顯示的無掩膜光刻技術(shù)。這一技術(shù)成果于2024年10月15日在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《Nature Photonics》上正式發(fā)表。

該無掩膜光刻技術(shù)利用高功率AlGaN深紫外光源，制作出波長為270納米的深紫外Micro - LED，其像素尺寸僅為3微米，實(shí)現(xiàn)了高精度的圖案與光源集成，克服了傳統(tǒng)光刻中的光功率限制。這種新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了較低制造成本和更高的曝光效率，為Micro - LED顯示屏的生產(chǎn)開辟了新的方式，同時(shí)也為其他半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域提供了新的解決方案，推動(dòng)了微納米制造領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。

高數(shù)值孔徑極紫外光刻技術(shù)的發(fā)展

ASML在極紫外光刻技術(shù)方面繼續(xù)推進(jìn)，其高數(shù)值孔徑（High - NA）極紫外（EUV）光刻系統(tǒng)取得進(jìn)展。ASML首席財(cái)務(wù)官Roger Dassen表示，在2024年公司兩大客戶臺(tái)積電和英特爾將在年底前獲得所謂的高數(shù)值孔徑極紫外光刻系統(tǒng)。這種高數(shù)值孔徑的EUV光刻系統(tǒng)有助于進(jìn)一步提高光刻的分辨率，滿足更先進(jìn)芯片制程的需求，例如對(duì)于臺(tái)積電的2nm制程工藝的發(fā)展有著重要意義，臺(tái)積電的2nm制程將使用Gate - all - around FETs（GAAFET）晶體管，相比3nm工藝會(huì)有10% - 15%的性能提升，還可以將功耗降低25% - 30%。

光刻技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)

更高的分辨率

隨著芯片制造工藝的不斷發(fā)展，對(duì)光刻技術(shù)的分辨率要求將越來越高。未來，光刻技術(shù)將繼續(xù)朝著減小光源波長、增大鏡頭數(shù)值孔徑以及優(yōu)化光刻膠性能等方向發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)更高的分辨率。例如，極紫外（EUV）光刻技術(shù)可能會(huì)不斷改進(jìn)，如采用更先進(jìn)的光源技術(shù)或者光學(xué)系統(tǒng)，來提高光刻分辨率，從而滿足更小尺寸芯片制造的需求。極端紫外（XUV）光刻技術(shù)利用波長更短的XUV光作為光源，有望實(shí)現(xiàn)亞1納米級(jí)的超高分辨率，這將為未來的芯片制造提供更強(qiáng)大的技術(shù)支持，使芯片的集成度進(jìn)一步提高，功能更加強(qiáng)大。

更低的成本

目前，高端光刻設(shè)備（如EUV光刻機(jī)）成本極高，這限制了光刻技術(shù)在一些企業(yè)或領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。未來，降低光刻技術(shù)的成本將是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。一方面，通過技術(shù)創(chuàng)新提高光刻設(shè)備的生產(chǎn)效率，降低設(shè)備的制造成本；另一方面，優(yōu)化光刻工藝，減少光刻過程中的材料浪費(fèi)，降低材料成本。例如，在光刻膠的研發(fā)方面，探索更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且性能優(yōu)異的新型光刻膠材料，或者改進(jìn)光刻膠的使用工藝，以降低光刻膠的使用成本。同時(shí)，對(duì)于光刻設(shè)備的維護(hù)成本也需要進(jìn)行優(yōu)化，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，減少維修和更換部件的頻率和成本。

與其他技術(shù)的融合

光刻技術(shù)未來可能會(huì)與其他技術(shù)進(jìn)行融合發(fā)展。例如，與納米制造技術(shù)（如自組裝和納米印刷）相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的制程，制造出更加復(fù)雜和精密的芯片結(jié)構(gòu)。在三維芯片制造方面，光刻技術(shù)將發(fā)揮重要作用，隨著需求的增長，光刻技術(shù)可能會(huì)更多地應(yīng)用于制備三維芯片結(jié)構(gòu)，這需要光刻技術(shù)能夠適應(yīng)三維結(jié)構(gòu)的制造要求，如在不同高度和角度進(jìn)行精確的圖案投射。此外，光刻技術(shù)還有可能與人工智能、量子科技等新興技術(shù)相結(jié)合，開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，例如利用人工智能算法優(yōu)化光刻工藝參數(shù)，提高光刻的精度和效率；或者將光刻技術(shù)應(yīng)用于量子芯片的制造等領(lǐng)域。

更加注重環(huán)境友好性

隨著環(huán)保意識(shí)的不斷提高，光刻技術(shù)的發(fā)展也將更加注重可持續(xù)性。在光刻工藝過程中，減少能源消耗、降低廢棄物排放以及減少對(duì)有害物質(zhì)的使用將成為重要的發(fā)展方向。例如，開發(fā)更加環(huán)保的光刻膠材料，這種材料在使用過程中產(chǎn)生更少的污染；優(yōu)化光刻設(shè)備的能源利用效率，降低設(shè)備運(yùn)行過程中的能源消耗等措施，以實(shí)現(xiàn)光刻技術(shù)的綠色制造。

不同時(shí)期光刻技術(shù)的特點(diǎn)對(duì)比

早期光刻技術(shù)（20世紀(jì)初 - 60年代）

• 分辨率較低：早期的光刻技術(shù)主要使用紫外光源，如汞弧燈，這些光源的波長較長，根據(jù)光的衍射原理，較長的波長會(huì)限制光刻的分辨率，難以實(shí)現(xiàn)微小尺寸的圖案制作，只能制備相對(duì)較大尺寸的半導(dǎo)體器件微細(xì)圖案，并且很難滿足高度集成的電子元件制造需求。

• 工藝簡單：從工藝步驟來看，早期光刻技術(shù)相對(duì)簡單，例如接觸式光刻，是將光掩模直接與硅片接觸進(jìn)行曝光，這種方式雖然簡單直接，但容易對(duì)掩模和硅片造成損傷，而且分辨率有限。

• 應(yīng)用范圍窄：主要應(yīng)用于一些簡單的半導(dǎo)體器件制造，在當(dāng)時(shí)集成電路產(chǎn)業(yè)還處于起步階段，光刻技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用也較少。

中期光刻技術(shù)（20世紀(jì)70 - 90年代）

• 分辨率提高：隨著投影式光刻技術(shù)的出現(xiàn)，特別是70年代開始，光刻技術(shù)的分辨率得到了顯著提高。投影式光刻通過投影鏡頭將掩模上的圖案投射到硅晶圓上，取代了直接接觸方式，減少了掩模和硅片的損傷，并且能夠?qū)崿F(xiàn)更小尺寸的圖案轉(zhuǎn)移，使得半導(dǎo)體器件能夠在微納米尺度下制備。

• 工藝復(fù)雜度增加：為了提高分辨率和應(yīng)對(duì)芯片復(fù)雜性的增加，開始引入一些新的技術(shù)和工藝，如光刻機(jī)的增強(qiáng)分辨率技術(shù)、多層光刻和非球面透鏡系統(tǒng)等。這些技術(shù)的應(yīng)用使得光刻工藝變得更加復(fù)雜，但也為芯片制造帶來了巨大的進(jìn)步。

• 應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展：光刻技術(shù)在半導(dǎo)體制造中的應(yīng)用更加廣泛，除了邏輯芯片制造外，在存儲(chǔ)芯片制造、圖形處理單元（GPU）制造、傳感器和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）制造等領(lǐng)域都開始發(fā)揮重要作用。

現(xiàn)代光刻技術(shù)（21世紀(jì)初至今）

• 高分辨率與高精度：以極紫外（EUV）光刻技術(shù)為代表，現(xiàn)代光刻技術(shù)具有極高的分辨率。EUV光刻技術(shù)利用波長為13.5納米的極紫外光作為光源，能夠刻劃出比以往技術(shù)更精細(xì)的電路圖案，從而實(shí)現(xiàn)更小尺寸、更高性能的芯片。并且在光刻工藝過程中，各個(gè)環(huán)節(jié)的精度控制都達(dá)到了很高的水平，如對(duì)準(zhǔn)精度、曝光劑量控制等。

• 高成本與高復(fù)雜性：現(xiàn)代光刻技術(shù)，尤其是EUV光刻技術(shù)，其設(shè)備成本極高。一臺(tái)EUV光刻機(jī)包含了復(fù)雜的光源系統(tǒng)、掩模臺(tái)、曝光臺(tái)、對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)等多個(gè)模塊，并且需要在真空環(huán)境下工作，對(duì)設(shè)備的制造工藝、材料、組裝技術(shù)等都有極高的要求。同時(shí)，光刻工藝過程也變得更加復(fù)雜，需要專門的掩模板和光刻膠，并且在工藝過程中還面臨著缺陷控制、光刻膠殘留和掩模板污染等挑戰(zhàn)。

• 廣泛應(yīng)用與推動(dòng)前沿科技：光刻技術(shù)不僅在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，而且隨著技術(shù)的發(fā)展，在新興的科技領(lǐng)域如人工智能、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域也有著重要的應(yīng)用。例如，通過光刻技術(shù)制造出的高性能芯片為人工智能算法的運(yùn)行提供了強(qiáng)大的計(jì)算能力，推動(dòng)了這些前沿科技領(lǐng)域的發(fā)展。

光刻技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵突破

投影式光刻技術(shù)的出現(xiàn)

20世紀(jì)60年代末和70年代初，投影式光刻技術(shù)開始嶄露頭角。這一技術(shù)的關(guān)鍵特點(diǎn)是使用掩膜（或掩模）來投影圖案到硅片表面，以實(shí)現(xiàn)微細(xì)加工。投影式光刻技術(shù)的出現(xiàn)是光刻技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)重要突破，它極大地提高了分辨率和圖案復(fù)雜度，使得半導(dǎo)體器件能夠在微納米尺度下制備。與之前的接觸式光刻相比，投影式光刻避免了光掩模與硅片的直接接觸，減少了對(duì)掩模和硅片的損傷，提高了光刻的精度和可靠性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜的圖案轉(zhuǎn)移，為集成電路制造技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，這一時(shí)期紫外光源的發(fā)展也使得投影式光刻技術(shù)的應(yīng)用變得更為廣泛，進(jìn)一步推動(dòng)了光刻技術(shù)在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

浸沒式光刻技術(shù)的提出與應(yīng)用

2002年7月，臺(tái)積電的林本堅(jiān)博士提出了“浸沒式光刻”方案，即在光刻膠上方加一層水，利用光通過液體介質(zhì)后波長縮短來提高分辨率。這一創(chuàng)新的方案是光刻技術(shù)發(fā)展中的又一關(guān)鍵突破。傳統(tǒng)的光刻技術(shù)中，鏡頭與光刻膠之間的介質(zhì)是空氣，而浸沒式光刻技術(shù)打破了這種常規(guī)思路。在當(dāng)時(shí)，157nm波長的光源開發(fā)遇到困難，而浸沒式光刻技術(shù)能夠在不改變光刻機(jī)波長的情況下做出等效134nm的波長，使得芯片制程節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步提高，通?？梢宰?5nm到7nm的芯片了，頂尖高端的能做到5nm。ASML和臺(tái)積電共同研發(fā)的浸沒式光刻機(jī)于2004年誕生，由于這種光刻機(jī)可以在成熟的193nm設(shè)備上進(jìn)行改造，所以設(shè)備的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于同期尼康推出的157nm“干刻”光刻機(jī)，也降低了客戶的開銷，這一技術(shù)的應(yīng)用使得ASML開始逆襲，逐漸占據(jù)了更多的市場(chǎng)份額。

極紫外光刻技術(shù)的研發(fā)成功

極紫外（EUV）光刻技術(shù)的研發(fā)成功是光刻技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重大里程碑。1997年，英特爾發(fā)起EUV LLC合作組織，眾多頂級(jí)企業(yè)和頂尖科學(xué)家參與其中，共同攻克EUV光刻技術(shù)難題。2006年，ASML生產(chǎn)出了更為先進(jìn)的EUV光刻機(jī)設(shè)備。EUV光刻技術(shù)利用波長為13.5納米的極紫外光作為光源，突破了傳統(tǒng)光刻技術(shù)的光學(xué)極限。EUV光具有高分辨率和高穿透力，能夠刻劃出比以往技術(shù)更精細(xì)的電路圖案，從而實(shí)現(xiàn)更小尺寸、更高性能的芯片。這一技術(shù)主要應(yīng)用于7納米及以下工藝節(jié)點(diǎn)的芯片制造，是下一代芯片技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，推動(dòng)了芯片制造技術(shù)向更小尺寸、更高性能的方向發(fā)展，也使得光刻技術(shù)能夠滿足現(xiàn)代高性能芯片制造的需求，如滿足人工智能、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅苄酒男枨蟆?/p>

芯片封裝清洗介紹

·         合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

·         水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

·         污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

·         這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

·         合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。