光刻技术作为微纳加工的核心工艺，通过图形转移实现高精度微结构制备。根据曝光方式的不同，光刻技术可分为接触式光刻、步进式光刻和电子束光刻等。本文将对这三种光刻技术的工作原理、特点、优缺点及应用进行详细分析。

1. 接触式光刻

1.1 工作原理

接触式光刻是传统的光刻方式之一，其基本流程包括：

涂胶：在基片（如硅片）表面旋涂光刻胶（正胶或负胶）。

曝光：将掩模版与光刻胶直（Mask）接接触，利用紫外光（UV）照射，使光刻胶发生光化学反应。

显影：通过化学溶剂去除曝光（或未曝光）区域的光刻胶，形成所需图形。

1.2 特点与优缺点

优点：

设备简单，成本低，适合实验室和小规模生产。

曝光时间短，适用于快速原型制作。

缺点：

分辨率受限（通常≥1 μm），因掩模与光刻胶直接接触可能导致图形畸变。

掩模易磨损，长期使用会降低掩模寿命。

均匀性较差，基片不平整时易产生曝光不均。

1.3 应用

·早期集成电路制造

·MEMS器件初步加工

·教学实验和科研试制

2. 步进式光刻

2.1 工作原理

步进式光刻采用投影式曝光，掩模版（Reticle）上的图形通过光学系统缩小投影到基片上，并通过步进运动实现大面积曝光。其主要步骤包括：

对准：通过精密光学系统校准掩模与基片的位置。

曝光：紫外光（如i-line 365 nm、DUV 248 nm或EUV 13.5 nm）透过掩模，经透镜组缩小后投影到光刻胶上。

步进重复：基片移动至下一曝光区域，重复曝光直至覆盖整个晶圆。

2.2 特点与优缺点

优点：

高分辨率（可达纳米级，如EUV光刻可实现7 nm以下节点）。

高产能，适用于大规模集成电路制造。

掩模寿命长，因采用非接触式曝光。

缺点：

设备昂贵，维护成本高（如ASML的EUV光刻机售价超1亿美元）。

工艺复杂，需严格的环境控制（如温度、振动、洁净度）。

2.3 应用

·现代半导体芯片制造（如CPU、DRAM、NAND Flash）。

·高精度MEMS和光学元件加工。

3. 电子束光刻（Electron Beam Lithography, EBL）

3.1 工作原理

电子束光刻利用聚焦电子束直接在光刻胶（如PMMA）上扫描曝光，无需掩模，属于直写式光刻。其流程包括：

电子束生成：通过电子枪（如热场发射或冷场发射）产生高能电子束。

聚焦与偏转：电磁透镜聚焦电子束至纳米级束斑，并通过扫描系统控制曝光路径。

曝光与显影：电子束使光刻胶发生化学变化，显影后形成高精度图形。

3.2 特点与优缺点

优点：

高分辨率（可达几纳米，是目前精细的光刻技术）。

无需掩模，适合定制化、小批量加工。

适用于多种材料，包括有机光刻胶、金属薄膜等。

缺点：

速度慢，因逐点扫描，不适合大规模生产。

设备成本高，且需高真空环境。

电子散射效应（Proximity Effect）可能导致图形失真。

3.3 应用

·纳米器件研究（如量子点、纳米线）。

·光子晶体和超材料制备。

·掩模版制作（用于光学光刻）。

4.三种光刻技术的对比

5.结论

接触式光刻、步进式光刻和电子束光刻分别适用于不同精度和批量的微纳加工需求。接触式光刻成本低但精度有限，步进式光刻支撑了现代半导体产业，而电子束光刻则在科研和纳米技术领域发挥关键作用。未来，随着EUV光刻、纳米压印等新技术的发展，光刻技术将继续推动微纳制造的进步。