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| 目錄：
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第1章 光刻工艺概述 1
1.1 从微电子器件的微型化到纳米技术 1
1.2 发展历程 3
1.3 步进扫描投影光刻机的空间像5
1.4 光刻胶工艺 8
1.5 工艺特性参数 10
1.6 总结.16
参考文献 17
第2章 投影光刻成像理论 19
2.1 投影光刻机 19
2.2 成像理论 20
2.2.1 傅里叶光学描述方法 20
2.2.2 倾斜照明与部分相干成像 24
2.2.3 其他成像仿真方法 28
2.3 阿贝-瑞利准则 28
2.3.1 分辨率极限与焦深 29
2.3.2 结论 33
2.4 总结 36
参考文献 36
第3章 光刻胶 38
3.1 光刻胶概述、常见反应机制与唯象描述 39
3.1.1 光刻胶的分类 39
3.1.2 重氮萘醌类光刻胶 41
3.1.3 最先进的正性化学放大光刻胶 42
3.1.4 唯象模型 44
3.2 光刻工艺与建模方法 45
3.2.1 光刻工艺简介 46
3.2.2 曝光 46
3.2.3 后烘 49
3.2.3.1 重氮萘醌光刻胶 50
3.2.3.2 化学放大光刻胶 50
3.2.4 化学显影 52
3.3 建模方法与紧凑光刻胶模型 56
3.4 负性与正性光刻胶材料与工艺 59
3.5 总结 63
参考文献 64
第4章 光学分辨率增强技术 70
4.1 离轴照明 70
4.1.1 线空图形的最佳离轴照明 72
4.1.2 适用于接触孔阵列的离轴照明 73
4.1.3 由传统和参数化光源形状到自由照明 75
4.2 光学邻近效应修正 76
4.2.1 孤立-密集图形偏差的补偿 76
4.2.2 线端缩短的补偿 79
4.2.3 从基于规则的 OPC到基于模型的OPC，再到反向光刻 79
4.2.4 OPC模型与工艺流程 82
4.3 相移掩模 83
4.3.1 强相移掩模：交替型相移掩模 84
4.3.2 衰减型相移掩模89
4.4 光瞳滤波 92
4.5 光源掩模优化 94
4.6 多重曝光技术 97
4.7 总结 99
参考文献 100
第5章 材料驱动的分辨率增强技术 106
5.1 分辨率极限回顾 106
5.2 非线性双重曝光 109
5.2.1 双光子吸收材料 109
5.2.2 光阈值材料 110
5.2.3 可逆对比度增强材料 110
5.3 双重与多重图形技术 112
5.3.1 光刻-刻蚀-光刻-刻蚀 112
5.3.2 光刻-冻结-光刻-刻蚀 114
5.3.3 自对准双重图形技术 115
5.3.4 双重显影技术 115
5.3.5 双重或多重图形技术的选择 116
5.4 导向自组装 117
5.5 薄膜成像技术 121
5.6 总结 123
参考文献 123
第6章 极紫外光刻 129
6.1 光源 130
6.2 EUV和多层膜薄膜中的光学材料特性 132
6.3 掩模 135
6.4 光刻机与成像 139
6.5 光刻胶 143
6.6 掩模缺陷 144
6.7 EUV光刻的光学分辨率极限 147
6.7.1 6.xnm波长 EUV光刻 (BEUV光刻） 147
6.7.2 高数值孔径光刻 148
6.7.3 减小工艺因子k1：EUV光刻分辨率增强技术 151
6.8 小结 152
参考文献 153
第7章 无需投影成像的光学光刻. 163
7.1 无投影物镜的光学光刻：接触式与接近式光刻技术 163
7.1.1 成像及分辨率极限 164
7.1.2 技术实现 166
7.1.3 先进的掩模对准光刻 169
7.2 无掩模光学光刻 172
7.2.1 干涉光刻 173
7.2.2 激光直写光刻 176
7.3 无衍射极限的光学光刻 180
7.3.1 近场光刻 180
7.3.2 光学非线性光刻 183
7.4 三维光学光刻 187
7.4.1 灰度光刻 187
7.4.2 三维干涉光刻 189
7.4.3 立体光刻与 3D微打印技术 190
7.5 关于无光光刻的几点建议 193
7.6 总结193
参考文献 194
第8章 光刻投影系统：进阶主题 206
8.1 实际投影系统中的波像差 206
8.1.1 泽尼克多项式描述方法 206
8.1.2 波前倾斜 211
8.1.3 离焦像差 212
8.1.4 像散 212
8.1.5 彗差 213
8.1.6 球差 216
8.1.7 三叶像差 217
8.1.8 泽尼克波像差总结 218
8.2 杂散光 219
8.2.1 常数杂散光模型 219
8.2.2 基于功率谱密度的杂散光模型 220
8.3 高 NA投影光刻中的偏振效应 223
8.3.1 掩模偏振效应 224
8.3.2 成像中的偏振效应. 224
8.3.3 光刻胶与硅片膜层材料界面引起的偏振效应 226
8.3.4 投影物镜偏振效应与矢量光刻成像模型.229
8.3.5 偏振照明.230
8.4 步进扫描投影光刻机中的其他成像效应231
8.5 总结 232
参考文献 232
第9章 光刻中的掩模形貌效应与硅片形貌效应 236
9.1 严格电磁场仿真方法 238
9.1.1 时域有限差分法 239
9.1.2 波导法 241
9.2 掩模形貌效应 243
9.2.1 掩模衍射分析 244
9.2.2 斜入射效应 247
9.2.3 掩模引起的成像效应 248
9.2.4 EUV光刻中的掩模形貌效应与缓解策略 252
9.2.5 三维掩模模型 256
9.3 硅片形貌效应 258
9.3.1 底部抗反射涂层的沉积策略 259
9.3.2 多晶硅线附近的光刻胶残留 260
9.3.3 双重图形技术中的线宽变化 261
9.4 总结 262
参考文献 262
第10章 先进光刻中的随机效应 269
10.1 随机变量与过程 269
10.2 现象 272
10.3 建模方法 274
10.4 内在联系与影响 276
10.5 总结 279
参考文献 279
附录 285
附录 1 名词中英文对照 285
附录 2 缩略语中英文对照 301
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| 內容試閱：
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先进半导体光刻是超精密微纳结构制备技术，是超精密光学系统与精巧设计、高度优化的光化学材料和工艺的高度融合，支撑了现代信息社会的发展。该技术有机地结合了应用光学、化学与材料科学，为应用科学与技术领域的科学家和工程师提供了理想的施展空间。多年来，光刻图形化技术的发展主要由尺寸微缩驱动，专注于提高分辨率，不断延续戈登 ·摩尔的预言，将更多组件集成进集成电路中。尽管这种微缩尚未达到极限，但在半导体芯片上制备更多、更小、均匀、无缺陷微细图形的难度越来越大，成本也不断提高。用于新兴应用的下一代光刻技术需要聚焦三维形状控制、新型（功能）材料集成、非平面图形化工艺、应用导向型目标图形设计等不同需求。光刻技术 50多年发展历程中积累的知识和经验，为开发新型微纳技术的应用打下了坚实的基础。
本书的内容主要来源于本人在埃尔朗根 -纽伦堡大学（埃尔朗根 -纽伦堡弗里德里希 -亚历山大大学）开设的光刻课程，课程内容包括光刻技术、物理效应和建模等。本书还收录了本人为一些公司以及学术会议同期活动开设的光刻专题讲座的内容。本书旨在帮助物理、光学、计算工程、数学、化学、材料科学、纳米技术和其他专业背景的学生开启通往纳米制造光刻技术领域的大门，帮助工程师和管理人员了解光刻领域的常见方法与应用，拓展知识面。
这本书的目标不是全面地介绍光刻图形化技术，而是侧重于解释成像与图形转移的基本原理。利用简单易懂的例子证明这些基本原理，讨论某些方法与技术的优缺点。本书提供了丰富的参考文献，可供有意进一步了解有关技术的读者查阅。为了限制篇幅与撰写时间，书中没有涵盖所有重要的光刻图形化技术，或者仅对其中的一些作了简略介绍：计量和工艺控制对于大规模量产光刻的重要性越来越高。为获得高质量掩模，先进深紫外（ DUV）与极紫外（ EUV）投影光刻需要灵活的掩模制造、检测、调整与修复技术。为了获得对光刻“友好”的设计，电路设计人员与光刻工艺专家之间需要保持密切互动。除此之外还有许多非光学光刻技术。这些内容在其他几位作者的书和综述文章中已有介绍。
本领域已经出版了几本关于半导体光刻的优秀书籍，为什么还需要再写一本关于该主题的书？主要是因为光刻是最具活力的技术领域之一。光刻技术融合了不同领域的新思想和新技术，不断演化发展。高度多学科化是现代光刻技术研究与开发的特点。深入了解相关的物理和化学效应是精确制备和表征纳米图形的前提。本书从建模角度帮助读者加深对光刻技术的理解，但同时又尽量避免使用复杂的数学公式。本书的内容反映了本人在应用光学、衍射光学、严格建模以及光与微纳米结构相互作用方面的研究兴趣和背景。因此，本书更加系统地讨论了掩模与硅片形貌效应，以及相关的光散射效应。最后，本书旨在弥合半导体制造领域专业工程师与致力于光刻技术新应用研发的科学家、工程师之间的知识差异。
光学（投影）光刻将掩模或模板成像到感光材料（光刻胶）中，经过光刻胶工艺处理后，将光学像转换成三维图形。第 1章介绍空间像和光刻胶工艺，给出了定量描述空间像、光刻胶形貌和光刻工艺变化的参数定义。对这些参数的分析有助于理解本书后面介绍的成像和工艺增强方面的内容。第 2章介绍了成像的物理过程，穿过投影物镜数值孔径的衍射光相互叠加，被聚焦到光刻胶上成像。投影系统的分辨率服从阿贝 -瑞利公式。第 3章介绍光刻胶与光刻工艺的基本原理。第 4章和第 5章介绍在波长和数值孔径一定的情况下实现分辨率增强的方法。光学分辨率增强技术包括离轴照明（ OAI）、光学邻近效应修正（ OPC）、相移掩模（ PSM）和光源掩模优化（ SMO）等。多重图形技术与定向自组装（ DSA）使用特殊材料和工艺制备更小的图形。波长为 13.5nm的 EUV光刻将光学投影光刻扩展到软 X射线波段。由于任何材料都不能透过该波段的光， EUV光刻必须使用反射式光学元件与掩模，以及新型光源和光刻胶材料，请见第 6章。第 7章概述了三维光刻等备选光学光刻方法。
其余章节主要介绍先进光学光刻和 EUV光刻中的重要物理与化学效应。第 8章讨论了波像差、偏振效应与随机散射光对光刻胶内强度分布的影响。掩模与硅片上的微细图形对光的散射引起了掩模与硅片形貌效应，相关内容见第 9章。本书的最后一章介绍随机效应。随机效应导致了线边粗糙度（ LER）在纳米量级的光刻胶形貌，产生了微桥连、未完全打开的接触孔等致命缺陷。
本书章节的安排参照了本人在埃尔朗根 -纽伦堡大学的课程安排。这样安排可将光学 /化学背景理论与应用有机地融合在一起，方便对各种技术展开论述。第 1～ 5章描述了光学和光刻胶的背景知识，建议按顺序阅读。读者可以根据个人兴趣阅读第 6～ 10章。第 7章概述了备选（光学）光刻方法，这些方法主要应用于纳米电子领域之外的微纳加工中，仅对（先进）半导体光刻技术感兴趣的读者可以跳过此章。
与同事和项目合作伙伴的合作研究与讨论也是本书宝贵的材料来源。本人非常感谢专家们的宝贵建议，特别致谢： ASML公司的 Antony Yen、Synopsys公司的 Hans-Jürgen Stock、Mentor Graphics公司的 John Sturtevant、哥廷根大学的 Marcus Müller、Zeiss SMT公司的 Michael Mundt、Enx Labs公司的 Uzodinma Okoroanyanwu、 CEA-Leti公司的 Raluca Tiron。
感谢弗劳恩霍夫协会系统集成与元件研究所（ Fraunhofer IISB）计算光刻与光学研究组的成员、前成员与研究生们，特别是 Peter Evanschitzky、 Zelalem Belete、Hazem Mesilhy、Sean D’ Silva、Abdalaziz Awad、Tim Fühner、Alexandre Vial、Balint Meliorisz、Bernd Tollkühn、Christian Motzek、Daniela Matiut、David Reibold、Dongbo Xu、Feng Shao、Guiseppe Citarella、Przemislaw Michalak、Shijie Liu、Temitope Onanuga、Thomas Graf、Thomas Schnattinger、Viviana Agudelo Moreno和 Zhabis Rahimi。所有成员都为我们研发 Dr.LiTHO光刻仿真软件做出了贡献。本书中的大部分仿真都采用了该软件。弗劳恩霍夫协会光刻组成员和选修光刻课程的学生也帮助我提高了材料的质量。
特别感谢 SPIE出版社的 Dara Burrows和 Tim Lamkins，他们提供了许多有益的建议，协助我进行了编辑工作。
安德里亚斯·爱德曼
德国，埃尔朗根
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