目录
- 1 无掩模光刻
- 2 无掩模光刻的应用
- ▪ 电子束
- ▪ 光学
- ▪ 聚焦离子束
- ▪ 尖端接触
- 3 无掩模光刻的未来
无掩模光刻
无掩模光刻利用直接将信息转移到衬底上的方法，而无需利用中间静态掩模，即直接复制的光掩模。在微光刻中，辐射转移通常将时间常数掩模的图像投射到光敏乳剂（或光刻胶）上。传统上，掩模对准器、步进器、扫描仪以及其他用于高速复制微结构的非光学技术是常见的。该概念利用了高速或并行处理技术，这些技术已通过庞大而廉价的可用计算能力实现，而标准方法却没有问题，该方法将缓慢但精确的结构化过程从快速而高度的掩模中分离出来。并行复制过程可实现工业微结构化所需的高复制吞吐量。
无掩模光刻遵循两个主要路径。一种栅格化方法是通过在可电子修改的掩模上生成时变间歇图像，该掩模以已知方式（也称为激光直接成像和其他同义词）进行投影，或者通过直接书写将辐射聚焦形成窄光束，然后以矢量形式扫描穿过抗蚀剂。然后使用光束将图像直接写入光致抗蚀剂，一次一个或多个像素。两种方法的组合也是已知的，并且不限于光辐射，还扩展到紫外线中，包括电子束以及经由MEMS器件的机械或热烧蚀。
无掩模光刻的一个主要优点是能够将光刻图案从一次运行更改为下一次运行，而不会产生产生新的光掩模的成本。这可能对双重图案化或非线性材料行为的补偿（例如，在使用便宜的，非苛刻的基材或补偿先前结构的随机放置误差时）有用。
主要缺点是复制过程的复杂性和成本，光栅化相对于过采样的限制会导致混叠伪影，尤其是使用较小的结构时，而直接矢量写入的吞吐量受到限制。同样，这种系统的数字吞吐量也形成了高分辨率的瓶颈，即构造直径约707cm²的直径300mm的晶片需要光栅化格式的大约10 Ti B数据，而不会过采样，因此会出现阶跃伪影（混叠）。过采样量减少了10倍以减少这些伪像，每个单晶片又增加了两个数量级的1 PiB，必须在大约1分钟内将其转移到基板上才能实现大批量生产速度。因此，工业上无掩模光刻目前仅广泛用于构造分辨率较低的基板，例如在PCB面板生产中，分辨率约为50μm（在较低的组件吞吐量要求下约为2000倍）。
无掩模光刻的应用
当前，无掩模光刻的主要形式是电子束和光学。此外，聚焦离子束系统在故障分析和缺陷修复中已经确立了重要的利基作用。同样，已经证明了基于机械和热消融探针头阵列的系统。
电子束
如今，无掩模光刻技术最常用的形式是电子束光刻技术。它的广泛使用归因于可利用的电子束系统范围广泛，获得的电子束能量范围也相当宽（约10 eV至约100 keV）。这已在eASIC的晶圆级生产中使用，该工艺使用常规的直接写入电子束光刻技术来定制单个过孔层，以低成本生产ASIC。
当前正在开发的大多数无掩模光刻系统是基于多电子束的使用。目标是使用光束的平行扫描来加快大面积的图案化。但是，这里的基本考虑是来自相邻束的电子在多大程度上可以相互干扰（来自库仑排斥）。由于平行束中的电子以同样快的速度传播，因此它们会相互排斥，而电子透镜仅作用于一部分电子轨迹。
光学
直接激光写入是光学无掩模光刻的一种非常流行的形式，它在研发过程中具有灵活性，易用性和成本效益。该设备可提供亚微米分辨率的快速图案，并在使用约200 nm或更大的特征尺寸时在性能和成本之间做出折衷。
干涉光刻或全息照相曝光不是无掩模工艺，因此尽管它们之间没有1：1成像系统，但也不算作“无掩模”。
等离子直接写入光刻技术通过扫描探针使用局部表面等离子体激元激发来直接曝光光刻胶。
为了提高图像分辨率，使用波长比可见光短的紫外线来实现低至约100 nm的分辨率。当今使用的主要光学无掩模光刻系统是为产生用于半导体和LCD工业的光掩模而开发的系统。
2013年，斯威本科技大学的一个小组发表了他们的成果，将两个不同波长的光束结合在一起，实现了9纳米特征尺寸和52纳米间距。
DLP技术也可用于无掩模光刻。
聚焦离子束
如今，聚焦离子束系统通常用于溅射掉缺陷或发现掩埋的特征。离子溅射的使用必须考虑到溅射材料的再沉积。
尖端接触
IBM Research已开发了一种基于原子力显微镜的替代性无掩模光刻技术。此外，浸笔式纳米光刻技术是一种用于对亚微米特征进行构图的新方法。
无掩模光刻的未来
支持无掩模光刻的技术已经用于光掩模的生产和有限的晶圆级生产。在大批量生产中使用它之前存在一些障碍。首先，无掩模技术种类繁多。即使在电子束类别中，也有一些完全不同的体系结构和电子束能量的供应商（Multibeam、Mapper Lithography、Canon、Advantest、Nuflare和JEOL）。其次，仍然需要满足每小时超过10个晶圆的吞吐量目标。第三，需要开发和证明处理大数据量（Tb级）的能力。
2009年，有一个欧洲计划推动在32纳米半节距节点上插入用于IC制造的无掩模光刻技术。项目名称为MAGIC，或称为“ 用于IC制造的无掩模光刻”，在EC 7th框架内框架计划（FP7）。
由于用于多次图案化的掩模成本增加，因此无掩模光刻再次提高了可见度。
