光刻技巧简略来讲，即是将掩膜疆域形暴光至硅片的进程，是大范围集成电路的根底。暂时墟市上合流技巧是nm沉迷式光刻技巧，CPU所谓30nm工艺也许22nm工艺指的即是采纳该技巧赢得的电路尺寸。

图1：根底的光刻进程

图2：重心的暴光成像部份

光刻技巧的三大目标离别是焦深、分辩率和产率，上面离别就个中的光学道理实行引见，简化后的光路组织示妄念以下：

图3：简化光路道理图（LightSource光源，CondenserLens聚焦透镜，Mask掩膜板，ObjectiveLens投影物镜，Wafer硅片）

光源和聚焦透镜构成暴光系统，将特定方位、光谱特色和匀称性的光照投射到图形制备好的掩膜板上，光照在掩膜板处产生夫琅禾费衍射，衍射场特定级次的衍射光经由投影物镜在硅片上成像，这即是根底的成像进程。

从夫琅禾费衍射的数学表白气象看，积分项经由简略的线性调换，夫琅禾费衍射场也许看做是掩膜板处光场的傅里叶调换，不同的衍射级次干系于掩膜板重心有不同的衍射角度，对应频域中不同空间频次的平面波。

从对称的角度琢磨，投影物镜只要要也许给出掩膜板衍射场的傅里叶逆调换，就也许在硅片上成完美的像，实践没法完结，由于实践投影透镜老是有限孔径的，并非掩膜板衍射场的悉数衍射级次均也许经由投影物镜，投影物镜相当于一个低通滤波器。这边引出一个很有事理的观点-衍射极限，如果成像原料毛病完满是光学系统的孔径尺寸束缚致使，那末也许说该系统抵达了衍射极限。

图4：波像差示妄念

关于实践投影物镜，像差会致使点源的波面在流传进程中偏离球面，偏离光程差采纳Zernike多项式表白，因而实践的投影物镜的光瞳函数还需求乘以像差致使的位出入项。系统离焦可归纳为投影物镜出瞳出的波像差，由于实践的投影物镜重达kg，不断采纳门路暴光加逐场调平的办法，完结硅片对实践投影物镜主题的瞄准，波像差示妄念以下所示：

图5：硅片处离焦量示妄念

焦深界说为成像原料答应的焦距变动，由上头的观点，实践上是光程差答应的变动。琢磨极度景况，一阶衍射光处光程差为1/4波长，则0阶和1阶衍射光不再产生干与。操纵这个观点，有焦深的表白公式：

进一步，也许得出成像分辩率的观点。投影物镜的数值孔径决议了也许投入投影物镜的衍射光场最大衍射角，对应于最大空间频次；从干与成像的角度来讲，最少零级和甲第衍射光经由投影物镜，成像才干反响掩膜板图形的特色尺寸（实践光刻系统0级和±1级衍射光参加成像），终究也许赢得：

上式解释为了提高分辩率，务必下降工艺系数k和光源波长，提高投影物镜数值孔径，实践上光刻机的进展进程也恰是如许一个进程（参考：光刻机进展过程）。投影物镜的光瞳函数提示对光场的调制，当掩膜板趋近于无尽小，操纵PointSpreadFunction也许权衡系统终究分辩率。

上面再来商议产率。硅片不断需求暴光多层，每层暴光彩纳逐场扫描/暴光的方法，全面光刻系统的产出手腕与投影物镜的打算和加工水准紧密干系。实践投影物镜为双远心系统，视场为一个狭缝；暴光系统采纳柯拉照明，在该狭缝处构成匀称照明；狭缝和硅片做相对活动，便可完结全面掩膜板的单层暴光进程，经由显影权衡便可完结单层光刻，多层光刻需求调换掩膜板，即单机套刻或流水线功课，实行机机套刻，难点在于不同暴光层的瞄准。

图6：硅片暴光方法

上头只是商议了硅片表面成像的根底光学道理，没有触及投影物镜的夸大倍率、光源的斜入射、非干系照明的叠加、光的偏振特色、像方非空气（沉迷式光刻），也没有商议光刻胶内成像部份。

干系于激光雷达技巧来讲，光刻技巧由于道理繁杂、器件昂贵、工艺噜苏等，充足操纵了计划机仿真技巧，从光学成像到工艺，从死板打算到处境变量，从硬件开拓到软件系统，悉数完结了关键技巧仿真，为重心科知识题和关键技巧题目束缚指通达方位，完结了全过程开拓的可控，值得咱们研习。自然，成本也特别昂扬，一起尽在弃取。

参考文件

1、光刻机进展史册

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