接觸式光刻機(jī)是第1代光刻機(jī)，其工作原理是將掩模（mask）和光刻膠（photoresist）直接接觸，通過紫外線曝光、顯影等步驟，將掩模上的圖案轉(zhuǎn)移至光刻膠上，形成所需的圖案結(jié)構(gòu)。需要注意的是，接觸式光刻機(jī)的分辨率受到掩模和光刻膠接觸力的限制，而且在多次使用中，掩模和光刻膠的磨損會(huì)影響其精度和穩(wěn)定性。因此，現(xiàn)代已經(jīng)發(fā)展到非接觸式光刻機(jī)，其分辨率和穩(wěn)定性都有了很大的提升。第2代接近式光刻機(jī)是一種非接觸式光刻機(jī)，其工作原理是通過控制光刻膠與掩模之間的距離和光的入射角度，將掩模上的圖案結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到光刻膠上，形成所需的圖案結(jié)構(gòu)。相對于第1代接觸式光刻機(jī)，第2代接近式光刻機(jī)分辨率、重復(fù)精度、生產(chǎn)效率更高，但是成本也較高，對掩模和光刻膠的要求更高，且易受震動(dòng)和環(huán)境干擾的影響。第3代掃描投影式光刻機(jī)（KrF）是一種基于投影方式的光刻機(jī)，采用248nm的KrF準(zhǔn)分子激光光源，工作原理是使用一個(gè)透鏡將掩模上的微觀圖案投射到光刻膠上，通過對光的控制和透鏡的移動(dòng)，可以形成所需的微觀結(jié)構(gòu)。第3代掃描投影式光刻機(jī)相對于第2代接近式光刻機(jī)，可以使用更高質(zhì)量的透鏡和更精細(xì)的光控制技術(shù)，把光刻技術(shù)推進(jìn)到深亞微米及百納米級(jí)，從而進(jìn)一步提高了分辨率。其缺點(diǎn)是成本較高，對光學(xué)系統(tǒng)的要求更高，易受環(huán)境干擾的影響。第4代光刻機(jī)分為步進(jìn)掃描投影式光刻機(jī)和浸入步進(jìn)式光刻機(jī)（ArF），原理和前幾代光刻機(jī)相似，都是利用EUV光源照射光刻膠，并通過透鏡將芯片圖案投影到芯片表面上。第4代步進(jìn)掃描投影式光刻機(jī)的工作原理是將芯片圖案分成許多小的區(qū)域，逐個(gè)區(qū)域進(jìn)行處理。光源照射到一個(gè)小的區(qū)域，通過透鏡將圖案投影到光刻膠上。然后，逐漸移動(dòng)透鏡和芯片，以處理整個(gè)芯片圖案。其采用193nm的ArF準(zhǔn)分子激光光源，可以實(shí)現(xiàn)光刻過程中掩模和硅片的同步移動(dòng)。同時(shí)，該技術(shù)還能將掩模圖像投影到硅片上，進(jìn)行分步重復(fù)曝光，從而將芯片的最小工藝節(jié)點(diǎn)提升一個(gè)臺(tái)階，將工藝推進(jìn)至130~180nm。但是第4代步進(jìn)式掃描投影光刻機(jī)需要高度精確的控制系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制，因此復(fù)雜性非常高。后期為了進(jìn)一步提升分辨率，引入了浸沒式光刻技術(shù)形成浸入步進(jìn)式光刻機(jī)，即將某種液體充滿在投影物鏡與硅片之間增加系統(tǒng)的數(shù)值孔徑，可以將193nm光刻延伸到45nm節(jié)點(diǎn)以下。第5代EUV光刻機(jī)使用EUV光源（波長為13.5nm）來照射光刻膠，通過透鏡將圖案縮小到芯片表面上，工藝可以推進(jìn)至3~7nm，并且通過多個(gè)光學(xué)元件將圖案投影到光刻膠上，然后，逐漸移動(dòng)光學(xué)元件和芯片，以處理整個(gè)芯片圖案。與以往的光刻機(jī)相比，EUV光刻機(jī)具有更高的分辨率、更快的處理速度和更低的制造成本。但是EUV光刻機(jī)的缺點(diǎn)是EUV光源的波長很短，因此需要使用非常精確的光學(xué)元件來將光線投影到光刻膠上。這些光學(xué)元件容易受到強(qiáng)光的損壞，因此需要定期更換。EUV光刻機(jī)對環(huán)境要求非常高，需要在真空環(huán)境中運(yùn)行，增加了維護(hù)和操作成本。值得注意的是，由于制造高分辨光刻機(jī)的工藝越來越復(fù)雜，目前第5代EUV光刻機(jī)的生產(chǎn)廠家僅有荷蘭的阿斯麥爾公司，用于生產(chǎn)7nm工藝的EUV光刻機(jī)零件達(dá)10萬多個(gè)，這些零件的加工方來自于世界各地。

現(xiàn)在市場上使用的光刻機(jī)主要是EUV光刻機(jī)，其是一種高端精密儀器，要達(dá)到高精度、高速度、高重復(fù)性等要求，需要使用高品質(zhì)的精密機(jī)械零件和高性能的光學(xué)元件。這些光學(xué)元件的成本和制造難度都比較高，因此EUV光刻機(jī)的制造成本也相應(yīng)較高。另外，EUV光刻機(jī)具有很高的技術(shù)含量，需要使用先進(jìn)的光學(xué)技術(shù)和精密的控制系統(tǒng)，同時(shí)也需要采用復(fù)雜的電子和機(jī)械設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)高分辨率和高穩(wěn)定性的光刻圖案處理。這些技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用也需要耗費(fèi)大量的資金和人力，這也是EUV光刻機(jī)造價(jià)高的原因之一?？傊饪虣C(jī)是制造微電子芯片的重要設(shè)備之一，但是其發(fā)展也面臨著一系列的難題。摩爾定律的終結(jié)、分辨率和刻蝕速度的瓶頸、制造成本和時(shí)間的增加，以及芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和精度要求的提高等問題，都需要通過新技術(shù)的引入和工藝的改進(jìn)來解決。

雙光束超分辨光刻技術(shù)的技術(shù)原理及優(yōu)勢

雙光束光刻技術(shù)與傳統(tǒng)的光刻技術(shù)相比具有顯著優(yōu)勢。電子束光刻（electronic-beam lithography，EBL）可以實(shí)現(xiàn)低于100nm的分辨率，這是由于電子束的衍射表現(xiàn)出極短的德布羅意波長（圖1（a））。然而其對光學(xué)器件的要求很高，不是一種經(jīng)濟(jì)的光刻方法?；诟邤?shù)值孔徑物鏡聚焦的光束光刻（optical beam lithography，OBL）技術(shù)是三維納米加工的一種有效途徑（圖1（b））。然而，光的衍射特性導(dǎo)致無法在光束光刻技術(shù)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)亞衍射或納米分辨率。即使是應(yīng)用聚合光抑制策略，由于缺乏大的雙光子吸收截面、高機(jī)械強(qiáng)度和足夠光抑制功能的光樹脂，也無法實(shí)現(xiàn)與電子束光刻相媲美的特征尺寸和分辨率的制造。與單光束光刻技術(shù)相比，雙光束光刻技術(shù)利用空心圓形狀的抑制光束來抑制空心圓環(huán)處寫入光引發(fā)的光聚合，從而減小了特征尺寸并提高了分辨率（圖1（c））。雖然寫入光束和抑制光束都會(huì)導(dǎo)致光斑尺寸大小會(huì)有衍射極限，但雙光束光刻技術(shù)制造的特征尺寸和分辨率可以打破雙聚焦光束衍射光斑尺寸的限制。實(shí)際上，只要能夠開發(fā)出合適的光樹脂，就可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過衍射極限。