无掩膜光刻
无掩膜光刻 – 喷涂光刻胶 – 超声波雾化 – 驰飞超声波喷涂
掩模板制作复杂、周期长、费用昂贵，一旦完成无法修改，掩膜在助力行业快速演进的同时，这些缺陷也严重限制了行业的发展。为了实现更加灵活的光刻过程，业界开始研究用其他的东西取代物理掩膜，甚至干脆不使用掩膜进行加工，这样的方法称为“无掩膜光刻”。
在泛半导体领域，根据是否使用掩膜版，光刻技术主要分为掩膜光刻与直写光刻。
直写光刻也称无掩膜光刻，是指计算机控制的高精度光束聚焦投影至涂覆有感光材料的基材表面上，无需掩膜直接进行扫描曝光。
直写光刻根据辐射源的不同大致可进一步分为两大主要类型：一种是基于带电粒子的直写光刻（CPML），包括电子束直写、离子束直写等；另一种是基于光学的直写光刻（OML），包括干涉光刻、激光直写光刻，以及基于空间光调节器的光刻技术等。
电子束直写光刻技术：利用电子束在涂有电子束胶的样品上绘制图形的技术。
该技术优点是电子束中高能量电子的波长极短，所以分辨率高，可加工纳米级别的微细结构。同时，其使用直写的工作方式进行图形的曝光，加工方式非常灵活。
而缺点在于：在立体光中，刻蚀深度与工艺中的多种因素有关，很难精确控制刻蚀的深度；电子束发射器等设备结构复杂，价格昂贵；该技术采用单点直写的方式，需要长时间累计高能电子进行深度方向的曝光，因此不适合进行批量、大面积生产。
离子束直写光刻技术：由于离子的质量较大，经加速聚集后可以对材料和器件进行刻蚀、沉积、离子注入等微纳加工，称为聚集离子束直写技术。
在离子束直写加工系统中，来自液态金属离子源的离子束经过加速、质量分析、整形等处理后，聚集在样品表面。将高能离子束聚集在样品表面逐点轰击，可通过计算机控制束扫描器和消隐组建来加工特定的图案，不需要掩膜版。
相较之下，离子比电子的质量大很多，能很大程度克服电子束在抗蚀剂中的散射问题。但场离子质量大，导致其在光刻胶中的穿透深度小；场离子形成的离子束能量比较分散，焦深不大，导致分辨率较低；此外，离子束光刻的设备复杂，导致生产成本很高，发展潜力不足。
干涉光刻：激光干涉光刻技术是指利用光的干涉和衍射特性，通过特定的光束组合方式，来调控干涉场内的光强度分布，并用感光材料记录下来，从而产生光刻图形。
激光干涉光刻技术按参与干涉的光束数目可分为双光束、三光束、四光束和五光束等干涉光刻。
干涉光刻工艺简单、成本低廉，可以很容易地进行大面积较高分辨率的曝光。不足之处在于只能用于周期性图形的曝光，周期图形是由有限个正弦级数综合而来，只是个近似结果，因而分辨率的继续提升有限。
基于空间光调节器光刻技术（SLM无掩膜光刻技术）：使用可编程控制的SLM器件直接对照明光束进行调制，形成不同的图形直接投影在衬底上完成曝光，相当于将实体的掩膜版数字化，称为基于SLM的数字光刻技术。
SLM是一种能将光的空间分布进行调制的微型器件，由很多微小单元呈线型或方阵排列而成。这些单元通过计算机编程控制，便捷的将图形掩膜数字化，通过编程灵活性的改变掩膜形状，替代了传统光刻使用的“物理掩膜版”，从而避免了传统光刻系统掩膜版制造复杂昂贵、灵活性差等问题。
在泛半导体的产业化生产中，直写光刻与掩膜光刻应用的细分市场所要求的光刻精度（最小线宽）具有明显差别。
据了解，在具有衬底翘曲、基片变形的光刻应用领域，直写光刻的自适应调整能力，使之具有成品率高、一致性好的优点，还具有投影光刻所不具有的高灵活性、低成本以及缩短工艺流程等技术特点，主要应用于掩膜版制造、IC后道封装、低世代FPD制造、部分低端IC前道制造。
但直写光刻技术也受限于生产效率与光刻精度等方面因素，目前还无法满足泛半导体产业大规模制造的需求。一方面是因为带电粒子直写光刻技术的生产效率较低，且在大规模生产中会产生较为严重的邻近效应，严重影响图形的分辨率及精度；另一方面，激光直写光刻技术受限于激光波长，在光刻精度上不如电子束、离子束等带电粒子直写光刻技术，还无法满足高端半导体器件制造的需求。
目前业界对无掩模光刻技术的普遍看法是：这是降低光掩模不断飞升的一个潜在解决方案，是一种有前途的候选光刻技术。但其还处于一个发展早期的阶段，有待解决的技术问题还很多。近期内可能只是一个细分的光刻技术，不能替代主流的DUV和EUV光刻技术，但其较低的成本将使其在未来继续受到关注。
原创 L晨光 半导体行业观察
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