本書詳細介紹了半導體芯片制造中的核心技術——光刻技術。主要內容包括驅動光學光刻的基本方程和參數的相關知識、曝光系統和成像基礎理論、光刻系統組件、工藝和優化技術等；深入分析了光刻技術的發展前景，詳述了浸沒式光刻與極紫外（EUV）光刻。
本書（第二版）特別融合了作者在研究、教學以及世界級大批量制造方面的獨特經驗，增加了關于接近式曝光方面的全新內容，同時更新并擴展了曝光系統、成像、曝光-離焦（E-D）法、硬件組件、工藝和優化以及EUV光刻和浸沒式光刻等方面的資料。
本書可供半導體光刻領域的工程師、管理者以及研究人員閱讀，還可作為高校微電子、光學工程、集成電路等相關學科的參考教材。

本書第一版于2010年出版。在光刻領域，11年是很長的一段時間，但書中許多內容仍然經得起時間推移和技術節點進步的考驗。下面是我決定更新本書的原因：
1.這些年來，我感到欣慰的是實現了初衷，使本書適合以下讀者：（1）對技術職業發展感興趣的領域新手；（2）追求更深入技術的、經驗豐富的專業人士；（3）渴望拓寬視野的經理和主管。這些讀者紛紛表示，本書對他們很有幫助，也會向新讀者推薦這本書。通過這個新版本，我希望本書更加有幫助。
2.自2015年11月從臺積電退休以來的三年多時間里，我一直使用本書中的內容講授“創新光刻”（Innovative Lithography）課程。我的學生給了我靈感和熱情來改進和更新本書。
3.光刻技術的學習、實踐和教學都很有趣。我再次感到欣慰的是，我將這些知識保存在一本書中，以便光刻技術的火炬能夠傳遞。
第二版包含以下更新：
第2章，接近式曝光。這是全新的一章。在大學和許多研究實驗室，技術人員需要使用更便宜的設備制作掩模圖案。因此，盡管關于接近式成像的出版物并不多，接近式曝光仍然非常流行。本書給出了在接觸區、近場、中場和遠場模擬衍射圖像的嚴格和近似方法，以及這些方法的有效區域。繪制了來自鄰近圖像的非直觀的正膠和負膠圖像。還包括了曝光-間距（E-G）圖（來自不同作者），用于量化接近式成像。附錄提供了我們（我的兩個研究生和我）關于確定有效區域的近似方法的擴展性研究。
第3章，曝光系統。為了補充第一版中描述的復制圖案的歷史和當前曝光系統的覆蓋范圍，添加了一個細心繪制的分步圖解，來說明在步進掃描系統中的掩模和晶圓運動過程，并闡明了投影式曝光系統的成像是鏡像，盡管通常印象是只有接近式曝光系統才能產生鏡像。
第4章，成像。添加了分辨率比例方程和焦深（DOF）比例方程的推導，以及空間頻率、光-光刻膠相互作用和光刻膠圖像顯影的分析；我幾乎完全重寫了澤尼克（Zernike）多項式的部分，以便光刻工程師更容易掌握其概念。本章中模擬的部分相干圖像亦進行了更新。
第5章，曝光-離焦（E-D）法。這一章是永恒的。我提供了如何構建E-D樹的詳細說明，并強調了為什么在強度和曝光方面首選對數尺度。引入了“表觀曝光——強度的倒數”這一術語，并解釋了其在E-D圖中的應用。
第6章，硬件組件。關于光刻組件的這一章篇幅很大，我添加了一些具有啟發性的光刻膠顯影現象的示例，以幫助人們可視化光刻膠顯影過程；也擴大了化學放大光刻膠的覆蓋范圍；還進一步豐富了晶圓、晶圓臺和對準系統的內容。
第7章，工藝與優化。這又是很長的一章。我添加了關于離軸照明的、新的、有見地的推導，以及使用冗余數據點提取套刻誤差分量的演示，以提高精度。還廣泛討論了多重圖案化，并介紹了雙重圖案化的G規則。
第8章，浸沒式光刻。本章延續了第一版對這項技術的全面介紹，并展望其可擴展性及其對半導體技術的影響。給出了分辨率和焦深的最佳比例方程，并闡明了縮小浸沒式系統的數值孔徑。
第9章，極紫外光刻（EUVL）。我幾乎完全重寫了這一章，這是可以理解的，因為EUVL在過去十年中發展迅速。鑒于已經有其他關于EUVL的書籍，我確保我的貢獻提供了一個有價值的、獨特的技術視角。
我省略了關于多電子束（MEB）直寫的內容，以便為將來的發展留出了就這一重要主題編寫單本書的可能性。最后，在新版中升級了彩色圖片。事實上，第二版中的所有圖片都更現代化。 
我十分感謝我的妻子修慧對第一版和我整個人生的支持。2018年，在開始本書修訂工作之前，我們慶祝了結婚50周年紀念日。在我撰寫第二版期間，修慧一直是我不可或缺的伙伴，她在我的職業生涯、家庭生活和精神生活中給予了支持。

林本堅
2021年6月

第1章緒論1
1.1光刻在集成電路制造中的作用2
1.2光刻的目標3
1.3光刻的度量標準4
1.4本書內容介紹4

第2章接近式曝光6
2.1引言6
2.2接近式成像8
2.3各種衍射近似的有效區域12
2.4鄰近圖像17
2.5E-G圖22
2.6小結26
參考文獻26

第3章曝光系統28
3.1投影式曝光及其與接近式曝光的比較28
3.2全晶圓視場31
3.3步進重復系統33
3.4步進掃描系統35
3.5縮小系統和1×系統39
3.6縮小系統制造的1×掩模40
3.7小結41
參考文獻41

第4章成像43
4.1空間像43
4.1.1球面波前及其偏差的影響43
4.1.2球面波前44
4.1.3有限數值孔徑對球面波前的影響45
4.1.4球面波前的偏差49
4.1.5從掩模圖案成像53
4.1.6空間頻率58
4.1.7成像結果62
4.2反射和折射圖像66
4.2.1掩模反射和折射圖像的評估方法66
4.2.2多次反射對焦深的影響67
4.3潛像68
4.4光刻膠圖像68
4.4.1A、B、C系數 71
4.4.2集總參數模型73
4.4.3β與η80
4.5從空間像到光刻膠圖像81
4.6轉移圖像82
4.6.1各向同性刻蝕82
4.6.2各向異性刻蝕83
4.6.3剝離83
4.6.4離子注入84
4.6.5電鍍85
參考文獻85

第5章光刻的度量：曝光-離焦（E-D）工具88
5.1分辨率和焦深比例方程88
5.2基于顯微術測定k1和k390
5.3基于光刻確定k1、k2和k391
5.3.1E-D分支、樹和區域91
5.3.2E-D窗口、DOF和曝光裕度 92
5.3.3使用E-D窗口確定k1、k2和k393
5.4k1、k2和k3作為歸一化的橫向和縱向尺寸單位94
5.5E-D工具95
5.5.1構建E-D樹95
5.5.2曝光軸使用對數比例的重要性98
5.5.3橢圓E-D窗口98
5.5.4CD居中的E-D窗口與全CD范圍的E-D窗口99
5.5.5E-D窗口和CD控制100
5.5.6E-D工具的應用101
參考文獻111

第6章光學光刻的硬件組件113
6.1光源113
6.1.1汞弧燈113
6.1.2準分子激光器114
6.2照明器118
6.2.1科勒照明系統118
6.2.2離軸照明119
6.2.3任意照明119
6.3掩模119
6.3.1掩模襯底和吸收體121
6.3.2保護膜121
6.3.3掩模的關鍵參數122
6.3.4相移掩模124
6.4成像透鏡130
6.4.1典型透鏡參數130
6.4.2透鏡配置131
6.4.3透鏡像差133
6.4.4透鏡加工134
6.4.5透鏡維護134
6.5光刻膠135
6.5.1分類135
6.5.2光與光刻膠的相互作用145
6.5.3顯影的光刻膠圖像149
6.5.4抗反射涂層152
6.6晶圓158
6.7晶圓臺159
6.8對準系統160
6.8.1離軸對準和通過透鏡對準161
6.8.2逐場、全局和增強全局對準162
6.8.3明場和暗場對準163
6.9小結163
參考文獻163

第7章工藝與優化168
7.1曝光機的優化168
7.1.1NA的優化168
7.1.2照明的優化171
7.1.3曝光和焦點174
7.1.4焦深預算174
7.1.5曝光機的產率管理181
7.2光刻膠工藝186
7.2.1光刻膠涂覆186
7.2.2光刻膠烘焙189
7.2.3光刻膠顯影192
7.2.4光刻膠圖像的高寬比194
7.2.5環境污染195
7.3k1降低195
7.3.1相移掩模195
7.3.2離軸照明204
7.3.3散射條220
7.3.4光學鄰近效應校正225
7.4偏振照明235
7.5多重圖案化235
7.5.1多重圖案化技術原理235
7.5.2MPT工藝238
7.5.3MPT版圖239
7.5.4雙重圖案化技術的G規則240
7.5.5打包-解包技術241
7.5.6分辨率倍增理論說明242
7.5.7MPT的套刻考慮243
7.5.8克服雙重成像的產率損失243
7.6CD均勻性245
7.6.1CD不均勻性分析245
7.6.2CDU的改進250
7.7對準和套刻252
7.7.1對準和套刻標記252
7.7.2使用測量數據進行對準253
7.7.3評估場間和場內套刻誤差成分254
參考文獻257

第8章浸沒式光刻261
8.1引言261
8.2浸沒式光刻概述262
8.3分辨率和焦深264
8.3.1波長縮短和空間頻率264
8.3.2分辨率比例方程和焦深比例方程265
8.3.3使用浸沒式系統改善分辨率和焦深265
8.3.4浸沒式系統中的NA266
8.4多層介質的焦深266
8.4.1多層介質中的透射和反射266
8.4.2晶圓離焦運動的影響268
8.4.3衍射焦深270
8.4.4所需焦深271
8.4.5可用焦深271
8.4.6耦合介質的首選折射率272
8.4.7分辨率和衍射焦深之間的權衡273
8.5光學成像中的偏振274
8.5.1不同偏振的成像274
8.5.2雜散光281
8.6浸沒式系統和組件291
8.6.1浸沒式系統的配置291
8.6.2浸沒介質293
8.6.3浸沒透鏡295
8.6.4浸沒介質中的氣泡295
8.6.5掩模299
8.6.6亞波長3D掩模299
8.6.7光刻膠300
8.7浸沒式光刻對工藝的影響301
8.7.1浸沒式光刻的模擬301
8.7.2多晶硅層303
8.7.3接觸層305
8.7.4金屬層307
8.7.5對三個技術節點的建議308
8.8浸沒式光刻技術實踐309
8.8.1曝光結果309
8.8.2減少缺陷311
8.8.3監測浸沒罩和特殊路線312
8.8.4其他缺陷減少方案316
8.8.5結果317
8.9浸沒式光刻的延伸319
8.9.1高折射率材料319
8.9.2固體浸沒式掩模319
8.9.3偏振照明320
8.9.4多重圖案化320
8.10小結320
參考文獻321

第9章極紫外（EUV）光刻325
9.1引言325
9.2EUV光源328
9.2.1光源功率要求328
9.2.2激光等離子體光源331
9.2.3EUV系統的輸入功率要求332
9.3EUV掩模332
9.3.1EUV掩模的配置333
9.3.2斜入射對掩模的影響333
9.3.3EUV掩模的制作 337
9.3.4EUV保護膜338
9.4EUVL分辨率增強技術339
9.4.1EUV柔性照明339
9.4.2EUV鄰近效應校正341
9.4.3EUV多重圖案化341
9.4.4EUV相移掩模341
9.5EUV投影光學器件345
9.6EUV光刻膠346
9.6.1EUV光刻膠曝光機制347
9.6.2化學放大EUV光刻膠348
9.6.3非化學放大EUV光刻膠349
9.7EUVL的延伸351
9.7.1每個技術節點的光刻膠靈敏度、產率和功率351
9.7.2增加NA353
9.8EUVL小結354
9.9光刻技術展望354
參考文獻355

附錄360
附錄A基于光刻應用的有效區域評估方法360
附錄B中英文術語367