微光刻与微纳米加工技术

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1、微光刻与微纳米加工技术 Micro-Lithography and Micro-nanofabrication Technologies中国科学院微电子研究所 微细加工与纳米技术研究室刘明 徐秋霞 李金儒 赵珉 王琴 汤耀科 薛丽君 刘珠明 王德强任黎明 胡勇 龙世兵 陆晶 杨清华 张立辉 范东升 康晓辉牛洁斌虽然就这十一个字，我们整整干了四十年，既有一些比较漂亮的工作，也有不少刚刚涉足的领域，感谢大 会给我向各位同行们汇报一下我们和我们的学生们这些年中努力的成果及并能够和大家互相交流的机会。本报 告的相应约八万的文字内容已作为基金委组织编写“半导体科学展望”一书的第九章，将由科学出版社出版。

2、陈宝钦IMECAS010-82995580 四十年前 后四十年前 后自从1958年世界上出现第一块平 面集成电路开始算起，在短短的四十 多年中，微电子技术以令世人震惊的 速度突飞猛进地发展，创造了人间奇 迹。 作为微电子技术工艺基础的微光 刻技术是人类迄今为止所能达到的精 度最高的加工技术。微光刻技术既伟大也很微小当今世界各行各业都离不开信息科学 信息科学离不开计算机技术 计算机技术的发展离不开微电子技术 微电子技术工艺基础是微光刻技术 微光刻技术一次又一次突破 分辨率极限，使微电子技术得以创造 了如此伟大的人间奇迹 细细回味： 几十年来微光刻技术把微细加工尺寸从微米级推 进到纳米级，与在人类

3、从宇宙太空到原子世界的整个研究 探索领域相比，也只是微小的一段。自然界的尺度与微光刻技术长度宏观太空 探索领域中观人类 活动制造 领域微观世界 研究领域微纳加工 开发领域hm Hectometre dam Decametredm decimetre cm centimetre米1 mEm Exametre Pm Petametre Tm Terametre (垓垓)Gm Gigametr (京京)Mm MegametreKm Kilometrem metremm millimetrem micrometrenm nanometre (纤纤)pm picometre (沙沙)fm femtome

4、tre (尘尘) Angstrom毫米 10-3 m微米 10-6m纳米 10-9m皮米 10-12m飞米 10-15m千米 10 3 m兆米 10 6 m吉米 10 9m太米 10 12m拍米 10 15m艾米 10 18m埃 10-10百米 十米分米 厘米微埃 10-16 micro-Angstrom光年 0.9460510 16m 天文单位 1.4959787 10 11m 地球直径 1.27562810 7m10 7m人类以人体尺度为 长度基本单位毛发尺度10 -4m10 -4m经典电子半径 2.817938 10 -15m微光刻技术加工尺度秒差距 3.085710 16m阿米 10-

5、18mam attometre (渺)(渺)原子尺度 核外电子分布半径10 -10m最短的距离单位：普朗克量子长度最短的距离单位：普朗克量子长度 10-35m天体物理地球物理高能粒子物理介观物理物理学研究对象的空间尺度跨越60多个长度尺寸的数量级 银河系 10 21m哈勃半径哈勃半径 10 2610 27m 超星系 10 24m超星系 10 24m最近恒星距离 10 18m太阳系 10 12m生物物理细胞/分子尺度核物理大气物理经典物理固体物理人类探索太空 最长的尺度人类探索太空 最长的尺度自然界的尺度与微光刻技术电磁波10-910 910 22Hz 宇宙射线波长 m Hz 频率1 m10-3

6、 10-610-910-1210-1510 3 10 6 10 910 1210 1510 18埃 10-10尺寸mmmm1m1nm10-6km10 1010 2310 2210 2110 2010 1910 1810 1710 1610 1510 1410 1310 1210 1110 1010 910 810 710 610 510 4能量 eV10 810 710 610 510 410 310 210 110 010 -110 -210 -310 -410 -510 -610 -710 -810 -910 -1010-810-710-510-410-210-110 110 210 41

7、0 510 710 810Hz 长波电磁震荡 工业电无线电波10 9 Hz 10 9微波10 12 Hz10 12红外线3.84*10 14Hz3.84*10 14可见光7.69*10 14Hz 7.69*10 14紫外线3*10 17Hz10 16X-射线 10 21Hz5*10 19Hz -射线电磁波波区光区射线区光 刻 光 源 开 发通 讯 器 件 研 究微 纳 加 工自然界的尺度与微光刻技术光波10-9波长 m Hz 频率1 m10-3 10-610-910-1210-1510 3 10 6 10 910 1210 1510 18埃 10-10尺寸mmmm1m1nm10-6km10 1

8、010 2310 2210 2110 2010 1910 1810 1710 1610 1510 1410 1310 1210 1110 1010 910 810 710 610 510 4波长nm10-810-710-510-410-210-110 110 210 410 510 710 8红外线可见光紫外线10 64*10 4 6*10 31.5*10 3770622597 577492455 390 30010200极远红外 远红外中红外近红外极紫外远紫外近紫外红700 橙620 黄580 绿550 青500紫420EUV 13.4 nm157 nm F2193 nm ArF248 nm

9、 KrF365 nm i线436 nm g线软 X-紫外微光刻技 术曝光光 源的开发蓝470470可见光主波长红 外 探 测自动调焦EB/IPL 10-6nm126 nm Ar2准分子546 nm e线自然界的尺度与微光刻技术无线电波10-9波长 m Hz 频率1 m10-3 10-610-910-1210-1510 3 10 6 10 910 1210 1510 18埃 10-10尺寸mmmm1m1nm10-6km10 1010 2310 2210 2110 2010 1910 1810 1710 1510 1410 1310 1210 1110 1010 910 810 710 610 5

10、10 410-810-710-510-410-210-110 110 210 410 510 710 8Hz 频率 波长 m 3T电磁波10 16303K30K300K3M30M300M 1G 3G30G300G 1T3001M甚低频低频中频高频甚高频特高频超高频极高频VLF 超长波LF 长波MF 中波HF 短波VHF 超短波UHF 分米波SHF 厘米波EHF 毫米波亚毫米波1K波长最长 欧米伽导航地面传播 潜水艇通讯传播远台卡劳蓝导航C效率低地铁通讯电离E层无线电Am广播稳定性好 信息船舶通讯电离F层短波广播国际效率高军事航空通讯直线传播 电视FM广播信息量大 寻呼警事通讯直线传播 电视广播

11、天线小多信道移动通讯直线传播 微波雷达气象碟型天线 通讯卫星接近光波 宇宙通讯导航研究热点 卫星间通讯光波性质 射电望远镜正在开发 实验阶段交流电工业供电震荡波100km 10km 1km 100m 10m 1m 10cm 1cm 1mm 0.1mm ELFULF极低频超低频微 波光通讯 0.4-0.8m通讯器件 研究热点自然界的尺度与微光刻技术微波10-9波长 m Hz 频率1 m10-3 10-610-910-1210-1510 3 10 6 10 910 1210 1510 18埃 10-10尺寸mmmm1m1nm10-6km10 1010 2310 2210 2110 2010 191

12、0 1810 1710 1510 1410 1310 1210 1110 1010 910 810 710 610 510 410-810-710-510-410-210-110 110 210 410 510 710 8GHz 频率 波长 m 123 4 5102030 40 501003003000电磁波10 161000LSCXKuKa12.418.026.58K75.Q VW微 波船载雷达机载雷达宽带卫星数字雷达探测雷达商业卫星军用卫星军民两用制 导制 导0.5-0.25 m GaAs MESFET0.25-0.15 m GaAs PHEMT100nm InP HEMT微波、射频集成电

13、路 及声表应用领域我们的微光刻技术紧 密地关联着国家安全、国 防科技、航天测控、武器 装备等科研项目神舟、长征、北斗、风云 巨浪 东风、东方红、红旗、神通摩尔定律半导体工业界的信仰 事实上，摩尔定律并不是一个物理定律，而是一种预言， 一张时间表。它鞭策半导体产业界不断进步，并努力去实现它。 从根本上讲，摩尔定律是一种产业自我激励的机制，它让 人们无法抗拒，并努力追赶，谁跟不上，谁就可能被残酷地淘 汰。摩尔定律已成为一盏照亮全球半导体产业前进方向的明灯。 而且，时间表不断地往前提，逼着所有企业奔着这时间表赶！摩尔定律大约每三年集成度翻二番（4倍）;特征尺寸缩小到0.7倍 (每6年缩小近1 倍）摩

14、尔第二定律从经济方面限制了 半导体制造业的发展，并注定成为最 终终结摩尔定律的经济因素。摩 尔 先 生施 敏 先 生施敏先生在中科院微电子所生产芯片设备的价格以 半对数比例增长，大约 每三年翻一番 。范东升技 术 节 点2003200320052007200120112013201520092017R esearch R equ iredD evelopm ent U n derw ayQ ualification/P re-P ro du ctionTh is legend ind icates the tim e durin g w h ich research, developm ent

15、, an d qualification/pre-produ ction sh ou ld be taking p lace for the so lution.F irs t Y e ar o f IC P ro d u c tio n20042006200820022012201420162010Technology Options at Technology Nodes(DRAM Half Pitch, nm)9032193 n m + P S M157 n mIP L, P E L, P X L45E U V E P LM L2IP L, P E L, P X L22E U V , E

16、 P LM L2Inn ovativ e T echn olo gyIP L, P E L, P X LD R A M H alf P itch (D ense Lines)65157 n mE U V , E P LM L2IP L, P E L, P X LN a rrowO ptio nsN arrowO ptionsE U V E P LM L 2IP L, P E L , P X LN arrowO ptionsN arrowO ptions1301 3 02 4 8 n m + P S M1 9 3 n m200320052007200120112013201520092017R esearch R equ iredD evelopm ent U n d