计算光刻技术是提高分辨率的重要手段，是连接芯片设计与制造的桥梁。首先，介绍了计算光刻技术的起源即第1代光学邻近效应校正（OPC）技术，基于规则的OPC；随后，以14 nm芯片制造过程为例介绍了现代芯片制造采用的各种计算光刻技术，包括基于模型的第2代OPC技术、光源掩模联合优化技术、二次成像图形拆分技术。最后，介绍了计算光刻的发展趋势，包括反向光刻技术、曲线掩模、人工智能应用及协同优化。综合芯片设计、制造、检测的集成优化将是未来计算光刻发展的主要方向。

随着芯片特征尺寸的不断减小，借助193 nm准分子光源的浸没式深紫外光刻技术已进入瓶颈，使用多次曝光技术的工艺路线也已到达目前的商用极限。极紫外光刻（EUVL）采用13.5 nm的极紫外光源，被认为是下一代光刻商用化路线必需的技术。综述了激光等离子体13.5 nm EUVL光源的原理和最新进展，分别从驱动光源、靶材、收集镜等关键子系统展开介绍。讨论了激光等离子体光源进一步发展过程中需要解决的问题，如提升激发光功率、提高转换效率及延长光源寿命，特别分析了日本Gigaphoton公司和荷兰ASML公司的EUVL光源装置。

光刻机是支撑集成电路芯片制程不断减小的关键设备，而高性能的光刻机需要高加速度和高精度的运动台作为支撑。为了达到光刻机的各项工作指标，高性能的运动台控制方法必不可少。本文针对光刻机运动台的主流控制方法进行了梳理和介绍，首先介绍了运动台的工作原理及基本控制架构，然后从前馈控制、反馈控制、冗余驱动/冗余测量等方面对运动台控制方法进行具体介绍，旨在为光刻机运动台控制方法的进一步发展提供参考。

极紫外（EUV）光刻技术是半导体制造业中应用的最先进光刻技术，与之配套的光刻胶近年来也有了长足发展。本文结合EUV光刻技术面临的新问题和新挑战，分别对高分子型、单分子树脂（分子玻璃）型、有机-无机杂化型EUV光刻胶的国内外研发历程进行了比较完整的综述，希望能为我国的极紫外光刻技术和材料的研发提供帮助。

光刻技术是半导体集成电路技术发展的主要推动技术，其不断提高的分辨率与图形复制精度成功地将集成电路制造线宽从40多年前的2~3 μm缩小到先进的10~15 nm。在发展过程中，众多先进的技术不断涌现，如投影式光刻、相移掩模版、化学放大型光刻胶、光学邻近效应修正等，及时确保了摩尔法则按时向前推进。以投影光刻发展的历史为主线，从0.25 μm到当今的5 nm再到未来的先进技术节点，对每个关键的技术节点的工艺要求与工艺窗口进行分析，包括采用的新技术及其作用，以展示光刻工艺与相关技术的整体面貌，给读者专业技术的参考。

光刻机是极大规模集成电路制造的核心装备，深紫外光刻机是用于先进技术节点芯片制造的主流光刻设备。光刻机的成像质量直接影响光刻机性能指标，是光刻机正常工作的前提。作为提高光刻成像质量的重要手段，计算光刻技术在光刻机软硬件不变的条件下，采用数学模型和软件算法对照明光源、掩模图形和工艺参数等进行优化，使目标图形高保真度地成像到硅片上。光刻成像模型是计算光刻技术的基础，成像模型仿真精度和速度的不断提高支撑了计算光刻技术的发展。结合本团队的研究工作，介绍了光刻成像模型的发展，总结了光学邻近效应修正技术、光源掩模优化技术和逆向光刻技术这三种主要计算光刻技术的研究进展。

光刻是将集成电路器件的结构图形从掩模转移到硅片或其他半导体基片表面上的工艺过程，是实现高端芯片量产的关键技术。在摩尔定律的推动下，光刻技术跨越了90~7 nm及以下的多个工艺节点，逐步逼近其分辨率的物理极限。同时，光刻系统的衍射受限特性，以及各类系统像差、误差和工艺偏差，都会严重影响光刻成像精度。此时，必须采用计算光刻技术来提高光刻成像分辨率和图形保真度。计算光刻是涉及光学、半导体技术、计算科学、图像与信号处理、材料科学、信息学等多个专业的交叉研究领域。它以光学成像和工艺建模为基础，采用数学方法对光刻成像过程进行全链路的仿真与优化，实现成像误差的高精度补偿，能够有效提升工艺窗口和芯片制造良率，降低光刻工艺的研发周期与成本，目前已成为高端芯片制程的核心环节之一。本文首先简单介绍了计算光刻的前身，即传统的分辨率增强技术，在此基础上介绍了计算光刻的基本原理、模型和算法。之后对光学邻近效应校正、光源优化和光源掩模联合优化三种常用的计算光刻技术进行了综述，总结了相关的研究进展、成果和应用。最后，阐述了计算光刻当前所面临的需求与挑战，并讨论了最新技术进展和未来发展方向。

计算光刻是极大规模集成电路（IC）制造的核心技术之一。随着IC节点的不断下移，对于工艺的要求越来越严苛。计算光刻技术对推进光刻工艺进步做出了巨大贡献。然而，尽管计算机技术的发展为计算光刻技术的进步提供了有力的支持，但是计算光刻速度和精度之间互制的难题，考虑光刻系统、掩模、工艺误差情况下的计算光刻研究，仍需要学术团队与工业研发团队协同攻关。在简单回顾计算光刻的重要里程碑节点的基础上，重点概述作者团队在“先进计算光刻：快速、高稳定计算光刻”的研究进展，包括矢量计算光刻、快速计算光刻和多目标-高稳定矢量计算光刻。最后，对未来计算光刻技术的发展做出了展望，并期望本文能对我国集成电路领域的研发人员和工程师有所帮助。

光刻机是集成电路制造的核心装备，光刻分辨率是光刻机的重要性能指标。作为提高光刻机分辨率的重要手段，分辨率增强技术可以推动芯片向更高集成度发展。光源掩模联合优化（SMO）通过同时优化光源和掩模图形提高光刻分辨率，是28 nm及以下技术节点必不可少的分辨率增强技术之一。光源与掩模的准确表征是SMO技术的基础，高效的优化算法是对光源和掩模进行优化的核心手段。SMO技术应用于全芯片的前提是进行关键图形筛选。本文回顾了SMO技术的发展历史，并结合本团队对SMO技术的研究，介绍了关键图形筛选方法、光源与掩模表征方法和优化算法的基本原理和国内外的研究进展。

光刻技术是制造集成电路的核心技术，光刻机是制造集成电路的核心设备，照明系统是光刻机的核心部件之一。介绍了深紫外步进扫描投影光刻机照明系统的工作原理，重点分析了光瞳整形技术、光场匀化技术和偏振照明技术，归纳和概述了相关的技术原理和实现方法。

光刻投影物镜的畸变是影响光刻机套刻精度最重要的因素之一，畸变会导致物镜的横向放大率随视场的增大而变化，曝光到硅片上的图形相对于其理想位置发生偏移，从而引起套刻误差。在物镜的装调和使用过程中都需要对畸变进行检测和优化调整，而目前高端光刻投影物镜的畸变小于1 nm，对其进行高精度检测是该领域的难点。对三种常用的光刻机畸变检测技术（曝光检测、空间像检测和波前检测）的原理和特点进行了分析，并对其发展方向进行了展望。对于16~19 nm及16 nm以下的光刻节点，多通道检测技术是提高畸变检测精度与速度的重要发展方向。

对于步进扫描投影光刻机，掩模台和工件台的同步伺服性能将直接影响整机技术指标。掩模台和工件台是典型的六自由度超精密运动台，在耦合动力学、复杂内外部干扰条件下兼顾高动态和超精密运动是其核心控制难题，研究和发展面向集成电路光刻的超精密运动台控制技术对于实现高端光刻机国产化具有重要意义。本文首先阐述高端光刻机对超精密运动台的伺服性能需求以及实现这些需求所面临的技术挑战，然后从解耦控制、反馈控制、前馈控制、协同控制和轨迹生成五个方面回顾光刻机超精密运动台控制相关研究成果与最新进展，并对其现存的问题和发展方向进行评述。

浸没式光刻是实现5 nm以上线宽高性能超大规模集成电路产品制造的关键技术。相比传统干式光刻，浸没式光刻需在末端物镜和硅片之间填充浸没液体。浸没液体的高折射率可以提高光刻机的数值孔径和曝光分辨率，但也对浸没式光刻的污染控制提出了挑战。为了减少曝光缺陷，提升曝光良率，需要对浸液系统中的各类污染物进行高精度检测与精准控制，以达到超洁净流控。从浸没式光刻技术的原理出发对比分析了干式光刻与浸没式光刻，概述了浸没式光刻机的发展历程，着重介绍了浸没式光刻浸液系统中几种污染物的产生机理、检测方法和控制手段，为进一步提高浸没式光刻芯片的曝光良品率提供了理论基础。

光刻机利用调焦调平测量系统实现对硅片形貌的精密测量，是实现高质量曝光的关键。基于光学三角法实现硅片形貌测量的调焦调平测量技术是目前主流光刻机厂商普遍采用的技术。首先，介绍了光学三角法的测量原理和系统组成。然后，以实现高精度、高速硅片形貌测量为目标，重点分析了调焦调平测量系统的测量方式、工艺适应能力以及相适应成像探测光路涉及的关键技术及演化过程。最后，指出了调焦调平测量系统需要改进和优化之处，以应对极紫外光刻真空环境的要求。

光刻技术中的聚焦控制对曝光质量有直接的影响。曝光过程中，为保证良率，曝光区域需要时刻处于焦深范围内。通过建立数学模型，探讨了光刻机系统总离焦量与产品良率的关系，而光刻机的总离焦量又是多种离焦误差共同作用的结果。研究了先进的双工件台光刻系统和应用于掩模板制造的数字微反射镜装置光刻系统的工作流程，分析了与聚焦控制密切相关的若干离焦误差。在诸多误差因素当中，调焦调平传感器对总离焦量有着重要影响，光刻机的聚焦控制很大程度依赖于调焦调平传感器的准确测量。对Canon、Nikon和ASML的调焦调平传感器进行了调研，对比研究各自的传感器原理和结构，为光刻机的聚焦控制分析提供参考。

针对微电子光刻机等高端装备中提出的超精密、高速位移测量需求，哈尔滨工业大学深入探索了传统的共光路外差激光干涉测量方法和新一代的非共光路外差激光干涉测量方法，并在高精度激光稳频、光学非线性误差精准抑制、高速高分辨力干涉信号处理等多项关键技术方面取得持续突破，研制了系列超精密高速激光干涉仪，激光真空波长相对准确度最高达9.6×10^-10，位移分辨力为0.077 nm，光学非线性误差最低为13 pm，最大测量速度为5.37 m/s。目前该系列仪器已成功应用于我国350 nm至28 nm多个工艺节点的光刻机样机集成研制和性能测试领域，为我国光刻机等高端装备发展提供了关键技术支撑和重要测量手段。

光栅干涉仪凭借高精度和高鲁棒性，成为先进节点光刻机中的重要定位装置。针对14 nm及以下节点光刻机晶圆台的定位需求，综述了多自由度纳米/亚纳米测量精度的零差式和外差式光栅干涉仪的发展，并介绍了“四光栅-四读数头”的光刻机六自由度位移测量系统布局。为了获得更高的精度和可溯源性，综合分析了光栅干涉仪中的环境误差、安装误差和仪器内在误差，并提出了光栅干涉仪实现亚纳米测量精度的关键问题，期望为光栅干涉仪精度提升和系统搭建提供初步指导。

准分子激光光源在光刻、工业制造、医疗和科研领域都有广泛的应用，特别是其波长、线宽、能量与剂量等指标在光刻领域有很大的优势，可以为光刻机带来更小的图像分辨率和更均匀的曝光图形。现阶段准分子激光器已用于7 nm光刻工艺，并日趋完善，带来更低的运营成本、更高的产率和产量，从而推动整个半导体制造产业的发展。首先简单介绍了准分子激光原理，回顾了准分子激光的发展历史，调研了准分子激光在光刻上的应用现状，及国外准分子光刻光源的主流机型，继而重点阐述了部分应用在光刻中的准分子激光器的关键技术，并展望了准分子激光在光刻及集成电路制造其他环节应用的未来趋势，为我国准分子激光的自主可控发展提供有益借鉴。

极紫外（EUV）光刻是目前最先进的光刻技术，是芯片向更高集成度发展的重要保障。高成像质量是确保EUV光刻机性能指标的前提，而反射式三维掩模和特殊的光学成像系统给提高成像质量带来了更多挑战。研究三维掩模成像是提高EUV光刻成像质量的基础，三维掩模成像模型是重要的研究工具。本文结合本团队在EUV光刻三维掩模成像领域的研究，介绍了EUV光刻三维掩模成像的基本原理，总结了典型的三维掩模模型，介绍了提高EUV光刻三维掩模成像质量相关技术的研究进展，并展望了该领域的发展趋势。

极紫外（EUV）光刻机是推动集成电路向先进技术节点发展的核心装备，已应用于7 nm及以下技术节点芯片的量产。高成像质量是EUV光刻机应用于芯片量产的基础。作为成像系统的重要组成部分，掩模是影响EUV光刻成像质量的重要因素。EUV掩模的制造过程中会产生以多层膜缺陷为代表的掩模缺陷，显著降低光刻成像质量。对EUV掩模缺陷的位置、尺寸和形貌等进行准确检测，并根据检测结果进行缺陷补偿是确保光刻成像质量的重要手段。为了有效补偿掩模缺陷对光刻成像质量的影响，需要建立快速准确的含缺陷掩模模型。本文结合本团队在掩模缺陷检测和补偿技术领域的研究工作，介绍了典型的含缺陷掩模仿真方法，总结了现有掩模缺陷检测技术，介绍了掩模缺陷补偿技术的研究进展。

集成电路制造中光刻工艺特征尺寸不断减小，制造商对套刻误差指标的要求逐步提升，对具有亚纳米精度的套刻误差测量技术与系统有极为迫切的需求。针对该需求，对比介绍了基于衍射原理的套刻测量（DBO）和基于图像的套刻测量（IBO）技术原理与特点；在对比分析中，针对具有更高精度测量能力的DBO路线，梳理了其技术发展脉络，对DBO技术中存在的挑战和未来的发展方向进行了论述。所述内容有望为我国先进节点光刻机的独立自主开发提供技术参考。

多层压电驱动器具有体积小、响应快、刚度大、位移精度高、驱动力大等优点，在光刻机的开发中有广泛的应用。简要介绍了多层压电驱动器的基本结构与特征，列举了多层压电驱动器在光刻机投影物镜的高精度微调、掩模台的定位及光刻机的主动减振等方面的典型应用。最后，对多层压电驱动器的发展方向进行了展望。

在线测量检测技术与装备是保证集成电路（IC）制造质量和良率的唯一有效技术手段，在IC制造过程中必须对IC纳米结构的关键尺寸、套刻误差，以及缺陷等进行快速、非破坏、精确测量与检测。本文首先从尺寸测量和缺陷检测两个方面介绍了IC制造在线光学测量检测技术的研究现状。在此基础上，进一步分析了先进技术节点中所面临的一些新的纳米测量挑战，如更小的特征尺寸、更复杂的三维结构。最后，展望了IC制造在线光学测量检测技术的未来发展趋势。

系统工程方法在国内外以航空航天、**科技和船舶工程等为代表的复杂设备系统的研发中发挥了重要作用。针对以光刻机为代表的先进半导体装备的研发，发展和提升以正向设计引领、以系统工程方法为指导的自主创新和设计制造一体化能力显得尤其重要。从系统工程的起源着手，介绍了系统工程的常见方法，并以半导体装备领域的应用为背景重点介绍了系统工程的工具链和基于模型的系统工程（MBSE）的部分关键技术。最后对系统工程方法，特别是对MBSE方法在我国半导体装备行业中的应用前景作了展望。

光刻图形化工艺对芯片制造乃至于现代信息技术的发展起着至关重要的作用。随着微电子器件关键尺寸的持续微缩，芯片制造工艺日益演进，迫切需要立足国内产业现状，开发用于先进工艺节点的下一代光刻工艺。导向自组装（DSA）光刻技术是一种基于热力学微相分离的图形化工艺，具有高通量、高分辨、低成本的特点。本文提出结合深紫外（DUV）光刻技术在引导图形的基础上开发应用于高端芯片制造，与产线兼容的亚十纳米DSA光刻技术，致力解决制约我国集成电路产业发展的“卡脖子”工艺难题。基于此，从DSA机理、材料种类、图形设计、工艺兼容性（涂胶、退火、刻蚀）、成本、缺陷率、应用等方面系统讨论了该技术的发展潜力，并介绍了DSA光刻在300 mm先导线上实施所取得的最新研究进展，充分论证了DSA与DUV相结合的混合光刻技术应用于先进工艺节点的可操作性。最后，对该技术当前存在的挑战和机遇进行了总结与展望。

集成电路的发展至今已有60余年，对更为强大性能芯片的追求使得芯片制造技术不断迭代升级。长期以来，基于紫外光源投影曝光光刻的芯片制造方法是大规模集成电路制造的唯一选择。然而，随着极紫外光刻机进入产线应用和不断性能优化，芯片制造已经进入了7 nm及以下节点。对于摩尔定律是否可以持续、极紫外光刻能否支撑未来芯片需求等问题，学术界和工业界均未形成一致的意见和具有共识的下一代光刻技术路线。相对基于极紫外投影曝光式的第五代光刻机，本文提出基于双光束超分辨技术的第六代光刻机概念，并从多个角度论述基于双光束超分辨的第六代光刻机技术的优势和潜力，同时也讨论了该技术存在的难点以及可能的解决方法。作为不同于紫外光刻技术路线的一种可替代技术路线，双光束超分辨光刻机技术将极有可能引领未来芯片制造。

现有主流光刻技术与设备变得越来越复杂的原因之一在于其仍然囿于线性光学光刻范畴，未能突破光学衍射极限，是衍射极限附近的光刻技术。采用紫外、可见或近红外等长波长光源进行纳米光刻，必须突破光学衍射极限，实现超衍射光刻，研究和发展激光超衍射纳米光刻技术具有十分重要的科学意义和应用价值。本文从光学衍射极限的基本概念出发，系统阐述各类超衍射光刻原理与方法，重点回顾激光远场超衍射光刻相关研究成果与最新进展，并对其现存的问题和发展方向进行评述。

光刻技术在前沿科学与国计民生等领域发挥着重要作用。随着曝光光源、数字微镜器件（DMD）、投影镜头等光学元件的升级及计算机控制技术的飞速发展，基于DMD的无掩模光刻技术有可能在不久的将来与目前成熟的有掩模光刻技术齐头并进，并在特定应用领域中不可或缺。详细介绍了基于DMD的面投影光刻的曝光原理、系统组成和发展进程，重点介绍了提高面投影光刻分辨率的方法，以及突破光学衍射极限制备超细微结构的相关工作。同时阐述了基于DMD的面投影无掩模曝光技术在制备光子学器件、生物学支架、仿生结构等器件中的独特优势，特别是引入超快激光后其在新型加工领域所展现出的应用潜力。

当今世界离不开信息产业，信息产业离不开半导体集成电路芯片制造技术，即微电子技术。集成电路芯片制造工艺中最关键的就是光刻技术。光刻技术开始于1958年美国德克萨斯公司试制的世界上第一块平面集成电路，在短短的60年中，光刻分辨率极限一次又一次被突破，创造了人间奇迹。作为微电子技术工艺基础的光刻技术与微/纳米加工技术是人类迄今为止所能达到的精度最高的加工技术。光刻加工尺寸从百微米到10 nm，加工手段从钢板尺手术刀照相机到电子束光刻，光源波长从光学曝光到极紫外曝光。集成度提高了约百亿倍，特征尺寸线宽缩小到原来的约1/10000。随着纳米集成电路迅猛发展，光刻技术也从等效摩尔时代进入后摩尔时代。