光刻（lithography）是芯片制造中的一项关键技术，也是微纳器件制备过程中不可少的一道工艺，其目的是在晶圆（衬底）上实现芯片设计所要求的图形。Lithography源于希腊语，其中litho，graphy的意思分别是stone，writing，早是一种印刷的方法，用来实现图形转移。

1.紫外光刻

紫外光刻原理

Photo lithography（也指optical lithography或UV lithography），即借助“光”来实现图形转移。主要利用光化学反应原理把事先制备在掩模版（简称掩模，mask）上的图形转印到晶圆上的过程。不妨理解为，需要先做出设计的图形（手型），然后借助“光”将光刻掩模版（手）的图形，按照定比例投影到晶圆（墙）上，从而实现图形转移。

影响图形尺寸的因素

可想而知，影响图形尺寸的几个因素：光源，光刻版，光刻版到基片的距离等。如果采用波长更短的紫外光源，采用分辨率更高的光刻版，并且将光刻版与基片接触，便可以得到更小尺寸的图形。下图中，如若将剪纸视为光刻版，宣纸当作基片。这便是主流接触式光刻的工作方式。

接触式光刻

接触式光刻的方法可能会损伤晶圆和掩模版，或者对掩模版造成污染。同时由于现代工艺所需要的晶圆尺寸越来越大，难以实现整个晶圆范围的光强均匀，因此接触式光刻不适用于大批量生产。但是由于其小巧灵活的优势，同时可以实现较高的分辨率，因此在科学研究及小批量试验方面有着广泛的应用。

随着技术的发展，芯片集成度的提高，微纳器件尺寸的减小，这些都对光刻分辨率有了更高的要求。而降低光源的波长，能有效提高光刻分辨率。光刻机的波长经历了从435 nm（G-线），405 nm（H线）、365 nm（I线）、248 nm（深紫外，DUV），到目前的193 nm（ArF）的发展历程，具有13.5 nm波长的紫外（EUV）光刻机也已投入使用。

2.电子束光刻

根据德布罗意的物质波理论，电子在加速电压作用下获得高的能量，其波长可以达到0.1埃以下，电子束斑的直径可以降至几纳米。电子束光刻（E-beam lithography）利用电子束作为“光源”，电子束在电磁透镜的作用下偏转，可以在基底的光刻胶上写出自定义的图形。

可通俗的理解为：电子束就像毛笔，电子就像是笔尖的毫毛，可以通过控制来得到不同粗细的笔尖，从而得到不同粗细的线条。同时毛笔也可以在纸上自由的发挥，任意的绘画或书写。这种扫描曝光的方式不需要掩模版，可以归为无掩模光刻。无掩模光刻除了利用电子束之外，也有离子束、激光、探针等方式。

电子束光刻的优势与瓶颈

电子束光刻的优势是高分辨率，同时自由灵活，无需光学投影系统及掩模版制备。由于电子束直写需要对图形进行逐点扫描驻留，因此速度是电子束光刻加工的瓶颈，使其难以大规模的应用于工业生产。但电子束光刻在微纳尺寸器件加工方面仍存在着巨大优势，在新型微纳结构器件、高精度光刻掩模版、以及纳米压印模版的科学研究、小批量研发和制备方面有着重要的应用。

3.纳米压印光刻

由电子束光刻等方法加工出具有微米或纳米尺寸的高分辨率的模板，再利用模板去压印光刻胶使其形变，产生图形的方式，即为纳米压印光刻（nanoimprint lithography）。纳米压印光刻是一种相对简单的方法，具有低成本、高产出、高分辨率等特点。这一过程与篆刻印章十分类似。

压印过程中气泡的转移和脱模过程聚合物的粘结，对转移图形的缺陷控制是纳米压印面临的一个关键的技术挑战。但其优势是不需要复杂的光学器件和设备，同时也不需要根据特定波长去选择特定分辨率和对比度的光刻胶，另外还可以实现三维的图形化。目前纳米压印技术已经应用于电学、光学、生物学等器件。