讲义下载 - 北京大学

北 京 大 学 2013 暑 期 班
微 光 刻 与 电 子 束 光 刻 技 术
Micro-Lithography and E-Beam Lithography Technologies
走 近 半 导 体 和 微 电 子 世 界 , 了 解 沙 子 如 何 变 成 金 — 集 成 电 路 芯 片 , 集 成 电 路 芯 片 里 的
特 征 尺 寸 是 怎 样 从 几 十 微 米 缩 小 到 几 十 个 纳 米 , 甚 至 几 个 纳 米 的 。
虽 然 就 这 十 来 个 字 , 我 们 整 整 干 了 四 十 多 年 , 我 这 一 辈 子 就 干 两 件 事 , 一 是 微 光 刻 , 二 是 微 纳 米 加 工 ,
或 者 说 一 是 光 掩 模 制 造 , 二 是 电 子 束 光 刻 , 也 就 是 从 微 米 到 纳 米 。 既 有 一 些 比 较 漂 亮 的 工 作 , 也 有 不 少 刚 刚
涉 足 的 领 域 , 有 我 们 和 我 们 的 研 究 生 们 这 些 年 中 努 力 的 成 果 , 还 有 我 们 正 在 开 展 的 研 究 工 作 。 本 讲 座 的 相 应
文 字 内 容 ( 约 八 万 字 ) 已 作 为 基 金 委 组 织 编 写 “ 半 导 体 科 学 与 技 术 ” 一 书 的 第 九 章 , 由 科 学 出 版 社 出 版 。 并
于 《 微 纳 电 子 技 术 》 2011 年 第 1、2、6 期 “ 技 术 论 坛 ” 中 做 了 有 关 新 进 展 的 综 述 , 供 参 考 。 本 讲 座 的 内 容 随
着 时 间 的 推 移 , 也 会 在 不 断 地 更 新 、 拓 展 中 , 谢 谢 大 家 关 注 。
( 本 报 告 已 先 后 在 北 京 大 学 等 几 十 所 高 等 院 校 和 科 研 院 所 研 究 生 做 过 讲 座 , 有 兴 趣 也 可 以 在 网 上 百 度 或
者 Google “ 微 光 刻 与 微 纳 米 加 工 技 术 ; 电 子 束 光 刻 技 术 ; 中 国 科 学 院 微 电 子 研 究 所 ; 陈 宝 钦 ” 了 解 情 况 。 我
的 学 生 还 在 新 浪 博 客 上 发 现 我 有 一 位 “ 粉 丝 ” 叫 “ 涛 声 依 旧 ” 发 表 “ 听 陈 宝 钦 老 师 的 讲 座 有 感 ”, 我 现 在 还
不 知 道 这 位 同 学 是 哪 一 位 ? 谢 谢 您 !)。
本 讲 座 同 时 兼 顾 给 同 学 们 谈 谈 人 生 感 言 : 如 何 做 事 , 如 何 做 人 , 然 后 如 何 做 学 问 。
中 国 科 学 院 微 电 子 研 究 所
微 细 加 工 与 纳 米 技 术 研 究 室
电 子 束 光 刻 技 术 实 验 室
陈 宝 钦
010-82995580;13661034296; 13661034296 chenbq@ime.ac.cn
cn
IMECAS
赵 珉 吴 璇 王 琴 朱 效 立 史 丽 娜 李 海 亮 杜 宇 禅 于 明 岩 柳 江 李 金 儒 汤 耀 科 薛 丽 君 王 德 强 任 黎 明 胡 勇
王 云 翔 龙 世 兵 陆 晶 杨 清 华 张 立 辉 范 东 升 牛 洁 斌 李 新 涛 徐 秋 霞 谢 常 青 刘 明 段 辉 高

传 承
前 辈 奉 献 精 神
四 十 年 前 后
五 十 载 结 缘
七 十 季 春 秋
责 任
敬 业 负 责 担 当
积 累 厚 重 人 生
沉 淀
学 工 - 做 过 一 种 最 髒 工 作 的 经 历
学 农 - 做 过 一 种 最 苦 工 作 的 经 历
学 兵 – 做 过 一 种 最 累 工 作 的 经 历
干 了 一 辈 子 最 有 意 思 的 工 作 :
微 电 子 、 微 光 刻 、 微 纳 米 加 工
从 微 米 到 纳 米 、 从 光 学 到 电 子 束 、
从 指 导 学 生 到 科 普 教 育
毅 力 信 心 不 懈
坚 持
1942 1949 1955 1958 1960 1966 1968 1970 1985 2003 2007 2010
出 生 农 民 小 学 初 中 高 中 北 京 大 学 物 理 系 半 导 体 3174 中 国 科 学 院 半 导 体 研 究 所 微 电 子 中 心 微 电 子 所 退 休 发 挥 余 热
晶 体 管 诞 生 集 成 电 路 诞 生 半 导 体 专 门 化 SSI MSI LSI 1K 4K VLSI 16K 64K 1M 超 大 ULSI 特 大 GLSI 巨 大
第 一 个 矿 石 收 音 机 100um 10um 1um 0.5um 0.35nm 0.18um 90nm 22nm 10nm 5nm
手 工 手 术 刀 显 微 镜 照 相 机 1” 劳 动 牌 超 微 粒 干 版 2” 手 摇 半 自 动 铬 版 4” 计 算 机 辅 助 电 子 束 制 版 直 写 8nm。-2nm 电 子 束 斑 18” 无 掩 模

1963 年 与 环 卫 工 人 劳 动 模 范 时 传 祥 一 块 背 粪 便 的 照 片
北 京 青 年 报
刘 少 奇 主 席 对 掏 粪 工 人
时 传 祥 说 :
“ 我 们 只 是 分 工 不 同 ,
都 是 为 人 民 服 务 ”
学 工 做 过 一 种
最 髒 工 作 的 经 历
做 好 每 一 件 简 单 的 事 , 就 是 不 简 单 ; 做 好 每 一 件 平 凡 的 事 , 就 是 不 平 凡 。
社 会 分 工 有 不 同 , 一 个 人 能 力 有 大 小 , 只 要 咱 们 脚 踏 实 地 地 努 力 搞 好 本 职 工 作 ,
就 会 对 国 家 有 贡 献 , 就 会 成 为 社 会 有 用 的 人 才 。

当 年 溜 石 港 大 队 手 绘 地 图 与 现 在 卫 星 地 图 的 对 照
北
崎
岭
96 斤 ±2 斤 /35 年
北 岭 沟
天 湖
三 百 里 沟
西 北 台
学 农 做 过 一 种
最 苦 工 作 的 经 历
青
林
沟
墨
怀
玉
鹰 头 沟
东 北 台
口 子
大
场
后
沟
城 子 南 洼
南 北 台
土 星 沟
沙
岭
沟
坑 石 港 土
星
口
鳌 鱼
道
沟
西 地
麻 地
手 绘 溜 石 港 三 队 农 民 住 宅 分 布 图
窝
峪
梁
在 这 里 吃 了 半 年 杨 树 叶 ;
生 白 面 和 白 糖 太 好 吃 了 ;
为 村 蓄 水 池 冰 层 下 堵 漏 ;
雪 天 山 上 背 石 头 是 险 情 。
营 城
北
窝
峪
沟
切 台
水 涧
手 绘 溜 石 港 大 队 管 辖 的 山 地 范 围
手 绘 溜 石 港 大 队 农 民 住 宅 分 布 图

1968-1969 东 北 海 城 3174 部 队 农 场 劳 动 锻 炼 的 照 片
学 兵 做 过 一 种
正 如 孔 子 所 说 :
最 累 工 作 的 经 历 苦 其 心 志 , 劳 其 筋 骨 , 饿 其 体 肤 , 空 乏 其 身 。
现 在 反 而 没 感 觉 的 是 苦 髒 累 , 而 感 到 的 是 一
生 非 常 充 实 , 是 我 的 人 生 财 富 。
在 这 里 住 的 是 土 坯 房 ; 白 手 起 家 ; 自 己 养 猪 种 菜 , 吃 的 是 三 米 饭 ; 背 的 水 稻 超 体 重 两
倍 ; 还 负 责 放 牛 、 补 鞋 、 针 灸 , 用 补 鞋 线 补 脚 后 跟 ; 冬 天 刨 粪 坑 ; 心 肝 肺 都 出 过 毛 病 。

干 了 一 辈 子 很 有 意 思 的 工 作
微 电 子 、 微 光 刻 、 微 纳 米 加 工 : 从 微 米 到 纳 米 、 从 光 学 到 电 子 束 、 从 指 导 学 生 到 科 普 教 育
1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016
546nm E 60 线 年 --10um 北 京 大 学 物 理 系 、 半 导 体 专 门 化 ;66 年 毕 业 ;68 年 中 国 科 学 院 半 1×10 导 体 所
8.0 um
12
半 自 动 精 缩 机 与 劳 动 牌 光 刻 机 超 微 粒 干 板
光
5.0 um3〞 3
256×10 70 年 436nm 电 子 束 E 蒸 线 发 +G 镀 铬 线 、 10-2.0um
铬 板 0um
超 微 粒 干 板 制 备 、 显 微 镜 、 照 相 机 、 手 工
9
刻 3.0 um
4〞 3〞
自 动 精 缩 机 与 劳 动 牌 光 刻 机 超 微 粒 干 板 + 铬 板
64×10 9
工 2.0 um
76 年 采 436nm 用 半 E 线 +G 线 2.0--0.5um 16G
16×10 9
艺
4〞
自 动 精 缩 机 研 制 2 微 米 1024 位 大 规 模 IC 掩 模 版
13um 1.3 5〞
GCA3600+3696+ASML1500 5〞
投 影 光 刻
9
特
◆
4×10
0.8 um
80 年 采 用 自 动 精 缩 机 研 制 1 微 米 4096 位 大 规 模 IC
征 1980 年 最 细 线 宽 6〞
6〞 1G
1×10 掩 模
365nm I 线 0.08--0.28um
9 版
0.5 um
◆
256×10
尺 1.0um
8〞 ASML5000 投 8〞 影 光 刻 + 电 子 束 制 版
6
86 年 采 用 GCA 研 制 0.5 微 米 16K-64K 超 大 规 模 版
035
寸
0.35um 1986 年 最 细 线 宽
64×10
248nm KrF 0.5--0.13um
6
0.25um 0.5um
16M87 年 移 相 16×10
JBX5000LS 掩 模 实 现 0.18-2.0 电 子 束 光 微 刻 米 曝 光 实 验
6
0.18um
◆
移 相 掩 模 研 究 达
◆
4×10 6
12〞 193nm 12〞 KrF 90--45um
018 0.13um
95 年 6AII+ 投 影 光 刻 0.18 微 1×10 米 电 芯
1M
PSM+OPC+OAI
6 路
0.18 ~0.2um
90 nm
1995 年 最 细 线 宽
256×10 片
MEBES4700S 电 子 束
3
2000 年 研 制 成 功 70nmCMOS
64×10 3 集
65 nm
0.18um
◆
22um
成
45 nm
◆193nm KrF 32--22um
2001
16K
年 研 制 成 功 50nmCMOS
16×10
浸 没 透 2008 镜 Immersion 年 实 现 5-10nm
3
度
32 nm
2004 年 最 细 线 宽
4×10
2002 年 研 制 成 功 30nmCMOS
两 3
22 nm
22~50nm
◆次 成 像 加 Double-Patterning
工 极 限 尺 寸
◆ 1×10 3
2004 年 研 制 成 功 22nmCMOS JBX6300FS 100Kev 纳 米 电 子 束 直 写
1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016
尽 管 设 备 条 件 落 后 , 但 我 们 的 微 纳 加 工 技 术 的 研 发 始 终 紧 紧 咬 住 国 际 先 进 水 平 不 松 口

自 然 界 尺 度 与 微 光 刻 — 长 度
10 32 m 溝
人 类 探 索 太 空 的 尺 度
10 28 m 穰
哈 勃 半 径 10 26 ~10 27 m
尧 米 10 24 m 秭
物 理 学 研 究 对 象 的 空 间 尺 度 跨 越 60 多 个 长 度 尺 寸 的 数 量 级
泽 米 10
21 m
垓
最 近 恒 星 距 离 10 18 m; 银 河 系 10 21 m; 超 星 系 10 24 m; 宇 宙 半 径 10 25 m
艾 米 10 18 m
Em Exametre 秒 差 距 3.0857*10 16 m 天 体 物 理
拍 米 10 15 m
京
光 年 0.94605*10 16 m
Pm Petametre
太 阳 系 10 宏 观 太 空
太 米 10 12 m
12 m
兆
Tm Terametre
天 文 单 位 1.4959787 *10 11 m探 索 领 域
太 阳 地 球 平 均 距 离
吉 米 10
9
m
Gm Gigametr
光 分 距 离 180*10 1.80*10 10 m
亿
光 秒 距 离 0.2997924*10 9 m 大 气 物 理
地 球 物 理
兆 米 10 6 m 百 萬 Mm Megametre 地 球 直 径 1.275628*10 7 m
萬
43m
中 观 人 类
千 米 10 3 萬
m
Km Kilometre 珠 朗 吗 峄 8844.43m
千
hm Hectometre 百
活 动 制 造
dam Decametre
十
人 类 以 人 体 尺 度 为
米 1 m 米 m metre
领 域
dm decimetre 分
长 度 基 本 单 位
cm centimetre
厘
-4 mm millimetre 毛 发 尺 度 10
毫 米 10 -3 m
m
经 典 物 理
毫
丝
细 胞 / 分 子 尺 度 µm-10 µm 生 物 物 理
忽
微 米 10 -6 m
µm micrometre 光 学 显 微 镜 可 分 辨 200nm 微 纳 加 工
微
纤
微 光 刻 技 术 加 工 尺 度
开 发 领 域
沙
纳 米 10 -9 m 尘 nm nanometre 扫 描 电 子 显 微 镜 分 辨 2nm 固 体 物 理
C 10 埃 -10 Å Angstrom
60 0.4-0.7nm
原 子 尺 度 核 外 电 子 分 布 半 径 Å 核 物 理
皮 米 10 -12 渺
m 漠 pm picometre 原 子 力 显 微 镜 可 分 辨 0.01nm 介 观 物 理
逡
扫 描 隧 道 电 子 显 微 镜 分 辨 极 限 0.001nm
微 观 世 界
巡
飞 米 10 -15 m
fm femtometre 经 典 电 子 半 径 2.817938 *10
溟
-15 m研 究 领 域
微 埃 10 -16 清
µ Å micro-Angstrom 激 光 干 涉 引 力 波 测 量 精 度 10 高 能 粒 子 物 理
阿 米 10 -18 须
-19 m
m 净 am attometre 最 短 的 距 离 单 位 : 普 朗 克 量 子 长 度 10 -35 m

中 国 古 代 表 示 数 量 的 单 位
十 进 制 与 萬 进 制
东 汉 时 期 《 数 术 记 遗 》 考
10^0 1 一
10^22 银 河 系 ▼
百 垓
10^4096 平 方 進 制 上 數 載
10^-1 d deci 分
10^21 Z zetta 澤 / 皆 =2^70 10^80 萬 萬 進 制 中 數 載
10^-2 c centi 厘 ( 釐 ) 10^20 垓
10^72 一 萬 个 無 量 / 大 數
10^ -3 m milli 毫 ( 毛 )
10^19 千 京
10^68 唐 朝 时 期 無 量
10^-4 絲
10^18 E exa 百 京 / 艾 =2^60 10^67 千 不 可 思 議
10^-5 忽
10^17 十 京
10^66 百 不 可 思 議
10^-6 µ micro 微 /ppm 10^16 16 光 年 京 / 億 億 / 經 10^65
十 不 可 思 議
10^-7 纖
10^15 P peta 千 兆 / 拍 =2^50 10^64 不 可 思 議
10^-8 沙
10^14 百 兆 / 下 數 載 10^60 那 由 他
10^-9 n nano 塵 / 纳 / 奈 10^13 13 太 阳 系 ▼ 十 兆
10^56
阿 僧 祇
10^-10 Å 埃
10^12 T tera 兆 / 萬 億 / 太 10^52 無 量 寿 经 恒 河 沙
10^-11 渺
10^11 千 億
10^48 無 限 大 極
10^-12 ppico 漠 / 皮 10^10 百 億
10^44 萬 進 制
載
10^-13 逡
10^9 G giga 十 億 / 吉 10^40 正
10^-14 电 子 半 径 巡
10^8 億 / 萬 萬 10^36 澗
10^-15 f femto 溟 / 飞 / 飛 10^7 千 萬 / 下 數 京 10^32 溝
10^-16 µÅ 清 ( 微 埃 )
10^-17 须
10^-18 a atto 净 / 阿
10^-21 z zepto 仄 / 介
10^-24 y yocto 幺 / 攸
10^-35 普 朗 克 量 子 长 度
10^6 M mega 百 萬 / 下 數 兆
10^5 十 萬 / 下 數 億
10^4 萬
10^3 k kilo 千
10^2 h hecta 百
10^1 da deca 十
10^28 穰
10^27 哈 勃 半 径 千 秭 / 四
10^26 百 秭
10^25 宇 宙 半 径 十 秭
10^24 Y yotta 秭 / 杼 / 堯 / 佑
10^23 千 垓

光 刻 技 术 五 十 年
Lithography in 50 years
微 光 刻 Micro-Lithography
光 学 光 刻 Optical Lithography ; PhotoLithography
下 一 代 光 刻 技 术 NGL (Next Generation Lithography)
EUV = extreme ultraviolet
极 紫 外 光 刻
EPL = electron projection lithography 电 子 束 投 影 光 刻
ML2 = maskless lithography
无 掩 模 光 刻
IPL = ion projection lithography
离 子 束 投 影 光 刻
PXL = proximity x-ray lithography 软 X 接 近 式 光 刻
PEL = proximity electron lithography 电 子 接 近 式 光 刻
电 子 束 光 刻 EBL(E-Beam Lithography )
微 纳 米 加 工 技 术 Micro-nanofabrication Technology
纳 米 制 造 技 术
Nano-manufacturing Technology
光 掩 模 PhotoMask
硬 掩 膜 Hard mask (SiO 2 膜 )
掩 模 制 造 Mask making
中 间 掩 模 版 Reticle( Reticule)
主 掩 模 版 master mask
工 作 掩 模 版 working mask
铬 板 Chrome plate
光 致 抗 蚀 剂
曝 光 exposure
刻 蚀 etch
Photoresist
中 国 科 学 院 微 电 子 研 究 所
微 细 加 工 与 纳 米 技 术 研 究 室
电 子 束 光 刻 技 术 实 验 室
陈 宝 钦
13661034296 010-82995580 chenbq@ime.ac.cn
IMECAS
赵 珉 吴 璇 王 琴 朱 效 立 史 丽 娜 李 海 亮 柳 江 李 金 儒 汤 耀 科 薛 丽 君 王 德 强 任 黎 明
胡 勇 王 云 翔 龙 世 兵 陆 晶 杨 清 华 张 立 辉 范 东 升 牛 洁 斌 李 新 涛 徐 秋 霞 谢 常 青 刘 明

1952 年 世 界 上 第 一 次 提 出 利 用 光 刻 工 艺 制 造 平 面 集 成 电 路 的 设 想
1947 年 贝 尔 实 验 室 发 明
世 界 第 一 只 点 接 触 晶 体 管
达 默 早 在 1952 年 就 指 出 , 由
半 导 体 构 成 的 晶 体 管 , 可 以
把 它 们 组 装 在 一 块 平 板 上 而
去 掉 之 间 的 连 线 。
第 一 个 平 面 集 成 电 路
1961 at Fairchild – Robert Noyce
Bardeen and Walter Brattain; Bell Labs 1947
1959 年 研
制 成 功
1957 at Texas Instruments – Jack Kilby
仙 童 半 导 体 第 一 只 商
品 化 原 始 平 面 晶 体 管
这 才 是 采 用 硅 基 平
面 双 极 型 集 成 电 路
( 不 是 单 个 器 件 )
制 造 中 光 刻 工 艺 技
术 的 开 始 !

五 十 年
历 程
集 成 电 路 设 计 与 光 掩 模 制 造
最 细 线 条 达 到 发 丝 万 分 之 一
制 造 出 成 千 上 亿 个 晶 体 管
切 成 硅 片
光 刻 曝 光
复 杂 的 集 成 电 路 制 造 工 艺
淀 积 溅 射 化 学 生 长 外 延 刻 蚀
硅 片 抛 光
涂 感 光 胶
显 影 腐 蚀
氧 化 扩 散
掺 杂 注 入
刻 孔 镀 铝 刻 导 线
测 试 切 片 压 焊 封 装
二 氧 化 硅 石 英 石 去 杂 去 氧 还 原 成 硅 提 纯 拉 单 晶 硅 切 片 抛 光 457.2mm 304.8mm

半 导 体 材 料 的 硅 占 地 壳 中 所 有 元 素 含 量 的 四 分 之 一
半
导
体
Mg K H Ti
C Na C
Cl
氧 、 硅 、 铝 、 铁 、 钙
五 种 元 素 占 90.03%
O 氧 49.13%
集 Ca
成
Si 硅 26.00%
电
Fe
Al 铝 7.45%
路
Fe 铁 4.20%
工
Al
Ca 钙 3.25%
艺
O
用
Na 钠 2.40%
到
Mg 镁 2.35%
六
K 钾 2.35%
十
Si
四
H 氢 1.00%
种
Ti+C+Cl 1.87%
元
80 种 元 素 0.7%
素
氧 、 硅 、 铝 、 铁 、 钙 、
钠 钾 镁 氢 钛 碳 氯
十 二 种 元 素 占 99.29%
地 球 上 应 该 有 92 种 元 素 、 天 然 产 物 中 有 90 种 、 最 轻 的 是 原 子 序 数 为 1 的 氢 、 最 重 的 是 原 子 序
数 为 92 的 铀 ; 另 外 发 现 超 铀 元 素 :93 鎿 、94 钚 、95 镅 、96 锔 、97 锫 、98 锎 、99 釾 、100 钲

常 用 的 半 导 体 材 料
元 素 半 导 体 : 是 由 单 一 元 素 制 成 的 半 导 体 材 料 。
主 要 有 硅 、 锗 、 硒 、 硼 、 碲 、 锑 等
以 硅 、 锗 应 用 最 广 。
金 刚 石 结 构
闪 锌 矿 的 结 构
化 合 物 半 导 体 :
二 元 系 化 合 物 半 导 体 :
Ⅲ-Ⅴ 族 ( 如 砷 化 镓 、 磷 化 镓 、 磷 化 铟 等 );
Ⅱ-Ⅵ 族 ( 如 硫 化 镉 、 硒 化 镉 、 碲 化 锌 、 硫 化 锌 等 );
Ⅳ-Ⅵ 族 ( 如 硫 化 铅 、 硒 化 铅 等 );
Ⅳ-Ⅳ Ⅳ 族 ( 如 碳 化 硅 ) 化 合 物 。
三 元 系 和 多 元 系 化 合 物 半 导 体 :
最 早 得 到 利 用 的 半 导 体 材 料
都 是 化 合 物 , 例 如 方 铅 矿
(PbS) 很 早 就 用 于 无 线 电 检
波 , 氧 化 亚 铜 (Cu2O) 用 作
固 体 整 流 器 , 闪 锌 矿 (ZnS)
是 熟 知 的 固 体 发 光 材 料 , 碳
化 硅 (SiC) 的 整 流 检 波 作 用
也 较 早 被 利 用 。 硒 (Se) 是 最
早 发 现 并 被 利 用 的 元 素 半 导
体 , 曾 是 固 体 整 流 器 和 光 电
池 的 重 要 材 料 。 元 素 半 导 体
锗 (Ge) 放 大 作 用 的 发 现
开 辟 了 半 导 体 历 史 新 的 一 页
, 从 此 电 子 设 备 开 始 实 现 晶
体 管 化 。
主 要 为 三 元 和 多 元 固 溶 体 :
高 温 宽 带 隙 半 导 体 材 料
如 镓 铝 砷 、 镓 锗 砷 磷 等 固 溶 体 。
碳 化 硅 , 蓝 宝 石 , 金 刚 石
还 有 :Ⅰ-Ⅶ 族 化 合 物 ;Ⅴ-Ⅵ 族 化 合 物 的 温 差 电 材 料 ; 宽 禁 带 、 漂 移 速 度 、 击
第 四 周 期 中 的 B 族 和 过 渡 族 元 素 氧 化 物 , 为 主 要 的 热 敏 电 阻 材 料 ; 穿 电 压 、 热 导 率 、 耐 高
某 些 稀 土 族 元 素 与 Ⅴ 族 N、As 或 Ⅵ 族 S、Se、Te S 形 成 的 化 合 物
温 等 优 良 特 性 , 在 高 温
、 高 压 、 高 频 、 大 功 率
有 机 化 合 物 半 导 体 :
、 光 电 、 抗 辐 射 、 微 波
有 萘 、 蒽 、 聚 丙 烯 腈 、 酞 菁 和 一 些 芳 香 族 化 合 物 等 还 处 于 研
性 等 电 子 应 用 领 域 和 航
究 阶 段 。 此 外 , 还 有 非 晶 态 和 液 态 半 导 体 材 料 , 这 类 半 导 体 与 晶 天 、 军 工 、 核 能 等 极 端
态 半 导 体 的 最 大 区 别 是 不 具 有 严 格 周 期 性 排 列 的 晶 体 结 构 。 环 境 应 用 有 着 不 可 替 代
的 优 势 。

自 从 1958 年 世 界 上 出 现 第 一 块 平 面 集 成
电 路 开 始 算 起 , 在 短 短 的 五 十 年 中 , 微 电 子 技
术 以 令 世 人 震 惊 的 速 度 突 飞 猛 进 地 发 展 , 创 造
了 人 间 奇 迹 。 人 类 社 会 、 世 界 、 科 学 、 未 来 都
离 不 开 微 电 子 。
作 为 微 电 子 技 术 工 艺 基 础 的 微 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 。
1980 年 左 右 曾 经 有 人 预 言 : 光 刻 线 宽 不 能 小 于 1 微 米
1989 年 曾 经 有 预 言 : 到 1997 年 光 刻 技 术 将 走 到 尽 头
1994 年 也 曾 经 有 比 较 乐 观 的 长 期 预 测 ,2007 年 线 宽 达 到 01 0.1 微
米 ( 保 守 的 预 计 为 0.5 微 米 )
这 些 预 测 都 被 光 刻 技 术 神 话 般 的 进 步 的 步
伐 远 远 抛 在 后 头 !
过 去 的 几 十 年 中 证 明 , 只 要 通 过 光 刻 技 术 的 专 家 们 的 努 力 , 就 有 办 法 实 现 当 时 看
来 已 经 超 过 现 有 光 刻 工 艺 物 理 极 限 的 加 工 精 度 , 不 断 地 编 写 着 新 的 神 话 。

摩 尔 定 律 — 半 导 体 工 业 界 的 信 仰
事 实 上 , 摩 尔 定 律 并 不 是 一 个 物 理 定 律 , 而 是 一 种 预 言 , 一 张 时 间 表 。
它 鞭 策 半 导 体 产 业 界 不 断 进 步 , 并 努 力 去 实 现 它 。
从 根 本 上 讲 , 摩 尔 定 律 是 一 种 产 业 自 我 激 励 的 机 制 , 它 让 人 们 无 法 抗 拒 ,
并 努 力 追 赶 , 谁 跟 不 上 , 谁 就 可 能 被 残 酷 地 淘 汰 。 摩 尔 定 律 已 成 为 一 盏 照 亮
全 球 半 导 体 产 业 前 进 方 向 的 明 灯 。 而 且 , 时 间 表 不 断 地 往 前 提 , 逼 着 所 有 企
业 奔 着 这 时 间 表 赶 !!
CPU 集 成 度 每 两 年 翻 一 番
DRAM 集 成 度 每 18 个 月 翻 一 番
大 约 每 三 年 集 成 度 翻 二 番 (4 倍 );
特 征 尺 寸 缩 小 到 0.7 倍 ( 一 个 技 术 节 点 )
摩
尔
先
生
施
敏
先
生
施 敏 先 生 在 中 国 科 学 院 微 电 子 研 究 所

中 国 微 光 刻 与 微 纳 技 术 历 程 和 发 展 趋 势
1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016
546nm E 线 --10um
8.0 um
世 界 产 业
1×10 12
半 自 动 精 缩 机 与 劳 动 牌 光 刻 机 超 微 粒 干 板
在 中 国 的 产 业
光
5.0 um3〞 3
256×10 436nm E 线 +G 线 10-2.0um
0um
9
刻 3.0 um
4〞 3〞
自 动 精 缩 机 与 劳 动 牌 光 刻 机 超 微 粒 干 板 + 铬 板
64×10 9
工 2.0 um
436nm E 线 +G 线 2.0--0.5um 16G
16×10 9
艺
4〞
13um 1.3 5〞
GCA3600+3696+ASML1500 5〞
投 影 光 刻
9
特
◆
4×10
0.8 um
征 1980 年 最 细 线 宽 6〞
1G
1×10
365nm 6〞 I 线 0.08--0.28um
9
0.5 um
◆
256×10
尺 1.0um
8〞 ASML5000 投 8〞 影 光 刻 + 电 子 束 制 版
6
035
寸
0.35um 1986 年 最 细 线 宽
64×10
248nm KrF 0.5--0.13um
6
0.25um 0.5um
16M
16×10
JBX5000LS 电 子 束 光 刻
6
0.18um
◆
移 相 掩 模 研 究 达
◆
4×10 6
12〞 193nm 12〞
KrF 90--45um
0.13um 0.18 ~0.2um
1×10 芯
1M
PSM+OPC+OAI
6
90 nm
1995 年 最 细 线 宽
256×10 片
MEBES4700S 电 子 束
3
64×10 3 集
65 nm
0.18um
◆
22um
成
45 nm
◆193nm KrF 32--22um
16K
16×10 3
中 国 研 究
浸 没 透 镜 Immersion 度
32 nm
2004 年 最 细 线 宽
4×10
实 验 室
两 3
22 nm
22~50nm
◆次 成 像 Double-Patterning
◆ 1×10 3
JBX6300FS 100Kev 纳 米 电 子 束 直 写
1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016
尽 管 设 备 条 件 落 后 , 但 我 们 的 微 纳 加 工 技 术 的 研 发 始 终 紧 紧 咬 住 国 际 先 进 水 平 不 松 口

世 界 IC 与 微 光 刻 发 展 史
中 国 IC 与 微 光 刻 发 展 史
世 界 第 一 台 机 械 计 算 机
1890
五
发 明 半 导 体 材 料
1900 那 时 的 我 国 制 版 光 刻 还 是 个 空 白
十 我 国 半 导 体 技 术 教 育 和 科 研
世 界 第 一 台 电 子 管 计 算 机 ENIAC 1946
年
还 处 在 起 步 阶 段
贝 尔 实 验 室 发 明 世 界 第 一 只 点 接 触 1947
晶 体 管
代
1956 周 总 理 主 持 制 定 “ 十 年 科 学 技 术
发 明 重 氮 萘 醌 酚 醛 树 脂 系 光 刻 胶 1950
发 展 远 景 规 划 纲 要 ” 半 导 体 科
半
结 型 晶 体 管 诞 生 1950
技 等 列 为 国 家 重 要 科 技 项 目 。
导
奥 耳 发 明 离 子 注 入 工 艺 1950 黄 昆 北 大 复 旦 南 大 厦 大 东 北 人 大 等 五
体
发 明 场 效 应 晶 体 管 1951 谢 希 德 校 在 北 大 成 立 联 合 半 导 体 专 门 化
制
发 表 集 成 电 路 设 想 1952 林 兰 英 中 国 科 学 院 应 用 物 理 所 成 立 半 导
造
制 成 硅 晶 体 管 1954
王 守 武
体 研 究 室
基
开 创 聚 乙 烯 醇 肉 桂 酸 酯 系 光 刻 胶 1954 1956 我 国 研 制 成 功 第 一 只 锗 合 金 晶
富 勒 提 出 扩 散 结 工 艺
1956 本
体 管
世 界 第 一 台 晶 体 管 计 算 机 TX-O
1956 工
1957
艺
我 国 建 立 第 一 条 半 导 体 实 验 线
提 出 光 刻 工 艺 1957
材
研 制 成 功 锗 合 金 晶 体 三 极 管
仙 童 半 导 体 第 一 只 商
1957
料
1958 建 立 109 厂 ( 微 电 子 所 前 身 ) 研
品 化 原 始 平 面 晶 体 管
研
制 的 锗 合 金 晶 体 三 极 管 和 磁 膜
生 产 出 环 化 橡 胶 双 叠 氮 系 光 刻 胶 1958
1958 发 存 贮 器 用 于 109 丙 计 算 机
德 州 仪 器 研 制 成 功 世 界 第 一 块 数 字 集
成 电 路 ( 锗 )
的
仙 童 半 导 体 研 制 世 界
第 一 块 适 用 单 结 构 硅
芯 片 集 成 电 路
1959 十
年

世 界 IC 与 微 光 刻 发 展 史
中 国 IC 与 微 光 刻 发 展 史
研 制 成 功 的 世 界 上 第 一
1959
六
块 平 面 双 极 型 集 成 电 路
• 人 工 为 主 的 制 版 光 刻 技 术 萌 芽 年 代
十 沿 用 古 老 传 统 的 照 相 术 及
卢 耳 发 明 外 延 生 长 工 艺 1960 年 显 微 镜 缩 小 曝 光 , 人 工 光 刻 ,
研 制 出 外 延 平 面 晶 体 管
1960
代
坐 标 纸 + 喷 黑 漆 铜 板 纸 + 手 术 刀 ,
发 明 化 学 气 相 淀 积 技 术 1961
精 度 和 特 征 尺 寸 为 几 十 微 米
研 制 成 功 MOSFET 1962 半
1960
立 导 我 国 成 中 国 科 学 院
MOS IC 制 造 工 艺 研 制 1962
出 12 个 元 件 基 础 IC 模 块 体 半 导 体 研 究 所
仙 童 提 出 互 补 金 属 氧 化 物 1963 制 和 河 北 半 导 体 研 究 所
半 导 体 场 效 应 晶 体 CMOS
造 1964
我 国 研 制 成 功 第 一 只
IC 制 造 工 艺
从 硅 平 面 晶 体 管
世 界 第 一 台 IC 计 算 机 1964 实 1965 我 国 研 制 成 功 第 一 块
IBM-360
验 硅 平 面 数 字 集 成 电 路
提 出 1965 室 1968 我 国 研 制 成 功 第 一
摩 尔 定 律 走 台 第 三 代 计 算 机
研 制 出
1965 向 1968 我 国 研 制 成 功
100 个 元 件 的 小 规 模 集 成 电 路 (SSI) 生 PMOS 集 成 电 路
1000 个 元 件 的 中 规 模 集 成 电 路 (MSI) 产 NMOS 集 成 电 路
研 制 成 功 的 第 一 CMOS 门 阵 列 (50 门 )1966 的
十
开 发 超 微 粒 感 光 乳 胶 湿 板 制 造 工 艺 技 术
世 界 第 一 条 2 英 寸 集 成 电 路 生 产 线 1966
GCA 公 司 开 发 出 光 学 图 形 发 生 器 (PG) 1968 年
开 发 超 微 粒 感 光 乳 胶 干 板 制 造 工 艺 技 术
制 造 第 一 批 接 触 式 曝 光 小 掩 模 版
和 分 步 重 复 精 缩 机 (PR)

世 界 IC 与 微 光 刻 发 展 史
斯 皮 勒 等 发 明 光 刻 工 艺 1970
七
Bell Western 开 发 出
1970 十
激 光 扫 描 图 形 发 生 器
年
研 制 出 1024 位 DRAM
1971
代
进 入 LSI 时 代 ( 8 微 米 工 艺 )
大
研 制 出 第 一 块 微 处 理 器 4004
Intel
规
世 界 第 一 条 3 英 寸 集 成 电 路 生 产 线 1972 模
集
1973 年 半 导 体 设 备 和 材 料 国 际 组 织 1973
成
(SEMI) 举 行 第 一 次 国 际 标 准 化 会 议
电
推 出 第 一 块 CMOS 微 处 理 器 1802 1974
路
研 制 成 功 8 位 处 理 器 4 微 米 工 艺
制
Dennard 提 出 等 比 例 缩 小 定 律 1974 造
相 继 开 发 出 电 子 束 曝 光 机 、 投 影 光 刻 1974 设
机 、 离 子 注 入 机 、 洁 净 室 等 关 键 工 艺 备
设 备 技 术
开
世 界 第 一 条 4 英 寸 集 成 电 路 生 产 线 1975 发
16K 位 DRAM 和 4K 位 SRAM 问 世 1976 的
研 制 出 64K 位 DRAM 世 界
1978 十
进 入 VLSI 时 代
年
IBM 推 出 世 界 第 一 台 PC 机 (8088) 1979
中 国 IC 与 微 光 刻 发 展 史
1971
我 国 研 制 成 功
CMOS
集 成 电 路
我 国 进 入 大 规 模 集 成 电 路 (LSI) 研 制 时 代
我 国 也 投 入 大 量 的 人 力 物 力 研 制 大 型 刻 绘
图 机 、 大 型 照 相 机 、 图 形 发 生 器 、 超 微 粒
干 版 E 线 精 缩 机 和 接 触 式 光 刻 机
制 版 光 刻 精 度 1 微 米 、 特 征 尺 寸 为 十 微 米
1975 我 国 研 制 成 功 1024 位 DRAM
1975 北 京 大 学 研 制 成 功 我 国 第 一 台 100
万 次 计 算 机
1976 中 科 院 研 制 成 功 我 国 第 一 台 1000
万 次 计 算 机
1977
我 国 研 制 成 1024 位
PMOS GaAs 场 效 应
1978 我 国 研 制 成 功
4096 位 N 沟 DRAM
GaAs 单 片 IC
1978 我 国 第 一 条 2 英 寸 集 成 电 路 生 产 线

世 界 IC 与 微 光 刻 发 展 史
研 制 出 256K DRAM 和 64KCMOSSRAM
1980
研 制 出 世 界 上 第 一 台 便 1981
携 式 计 算 机 Osborne I
世 界 第 一 条 5 英 寸 集 1982
成 电 路 生 产 线
研 制 出 16 位 微 处 理 器 1.5 微 米 工 艺 1983
80286 CPU
1984
80C86 CPU
研 制 出 1M DRAM
研 制 出 32 位 微 处 理 器 1 微 米 工 艺
1985
80386 CPU 20MHz
世 界 第 一 条 6 英 寸 集 成 电 路 生 产 线 1986
研 制 出 4M DRAM
1986
世 界 进 入 集 成 度 达 1 亿 个 单 元 的 极
大 规 模 集 成 电 路 (ULSI) 时 代
开 发 出 准 分 子 激 光 光 源 的 曝 光 工 艺
1987
世 界 第 一 条 8 英 寸 集 成 电 路 生 产 线 1988
研 制 出 16M 位 DRAM, 进 入 ULSI 时 代 1988
研 制 出 32 位 80486 微 处 理 器 25、50MHz 50MH
1989
1 微 米 、 0.8 微 米 CMOS 工 艺 120 万 个 晶
体 管 ; 1MB DRAM 进 入 市 场
八
十
年
代
集
成
电
路
制
造
进
入
自
动
化
大
生
产
的
十
年
中 国 IC 与 微 光 刻 发 展 史
1980 我 国 第 一 条 3 英 寸 集 成 电 路 生 产 线
江 南 无 线 电 器 材 (742)
1980 我 国 研 制 成 功 1024 位 SRAM;8
位 微 处 理 器
1982
研 制 成 4096 位 SRAM;16K DRAM
1982 国 务 院 成 立 计 算 机 和 IC 领 导 小 组
1984 改 名 为 国 务 院 电 子 振 兴 领 导
小 组 ; 提 出 建 立 南 北 基 地 航 天 点
1984 研 制 成 硅 栅 CMOS 1024 位 DRAM
1985 我 国 引 进 一 批 GCA 光 学 曝 光 系 统
1985 研 制 成 16K SRAM;16 位 微 处 理 器
1986 厦 门 七 五 IC 普 5 发 3 攻 1 发 展 战 略
1986 我 国 研 制 成 功 64K DRAM
1987 我 国 原 国 家 标 准 局 组 织 成 立
“SEMI 标 准 研 究 与 转 化 ” 协 调 小
组
1988 我
翻
国
译
第
出
一
版
条
SEMI
4 英 寸
标
集
准
成
1987
电 路
中
生
译
产
版
线
1989 无 锡 八 五 IC 战 略 研 讨 加 快 基 地 建 设
标 志 着 我 国 也 进 入 VLSI 和 微 米 级 微 细
加 工 技 术 时 代 ; 掩 模 制 造 业 形 成 规 模
分 辨 率 优 于 1.25 微 米 以 CAD 制 版 为 主

世 界 IC 与 微 光 刻 发 展 史
中 国 IC 与 微 光 刻 发 展 史
研 制 出 64M DRAM 1990 九
1990
我 国 成 立 南 方 产 业
80586 CPU 0.8 微 米 工 艺
1991 十 基 地 北 方 研 究 基 地
研 制 出 64 位 微 处 理 器
1992 年
1990 国 家 计 委 机 电 部 决 定 实 施
研 制 出 256M DRAM
1993 代
908 工 程 目 标 达 到 05-0 0.5-0.8 微 米 工 艺
集
研 制 出 66MHz Pentium 微 处 理 器 1993 1991 我 国 研 制 成 功
成
研 制 出 64 位 Pentium MMX 微 处 理 1995
1M 汉 字 ROM2000 门 门 阵 列
电
器 133-200M 06035 0.6-0.35 微 米 工 艺
路
1991 9 月 24 日 国 家 技 术 监 督 局 组 织 成 立
特 “ 中 国 SEMI 标 准 化 工 作 组 ”
征 翻 译 出 版 SEMI 标 准 1990 中 译 版
尺
1992
成 立 “SEMI 中 国 标 准 化 委 员 会
研 制 出 1G DRAM
1996 寸 1992 我 国 第 一 条 5 英 寸 ” 集 成
世 界 进 入 集 成 度 达 10 亿 个 单 元 的 向 电 路 生 产 线
巨 大 规 模 集 成 电 路 (GLSI) 时 代
深
1994
我 国 第 一 条 6 英 寸 集 成
研 制 出 64 位 Pentium II 微 处 理 器 1997 亚 电 路 生 产 线
微 1995 我 国 研 制 成 功 万 门 门 阵 列 0.5 um
233-453M 0.35-0.25 微 米 工 艺
世 界 第 一 条 12 英 寸 集 成 电 路 生 产 线
1999
米
1995
电 子 部 开 始 实 施 909 工 程
1999
推 1999 我 国 第 一 条 8 英 寸 集 成 电 路 生 产 线
研 制 出 64 位 Pentium III 微 处 理 器
进 2 月 工 艺 技 术 提 升 到 0.35 微 米 工 艺
450-550M 0.25 微 米 工 艺
的
我 国 开 展 亚 微 米 加 工 技 术 研 究 ,
研 制 出 1G 位 SDRAM
1999
十 逐 渐 进 入 以 EB 高 精 度 制 版 光 刻 年 代
0.18 微 米 工 艺
年 特 征 尺 寸 近 0.5 微 米 邻 接 精 度 0.1 微 米
研 制 出 光 子 计 算 机 芯 片
1999

世 界 IC 与 微 光 刻 发 展 史
中 国 IC 与 微 光 刻 发 展 史
研 制 出 Pentium IV 微 处
2000
二
2000 我 国 大 量 引 进 外 资 (140 亿 $)
理 器 1G-3GHz 0.18-0.13
十
微 电 子 代 工 如 雨 后 春 笋
微 米 工 艺
一
世
2001
研 制 成 功 90nm CMOS 器 件
纪 2002 研 制 成 功 50 nm 平 面 双 栅
初 42nm CMOS 器 件
AMD 研 制 成 功 50 nm CMOS 器 件
2000
进
2003
研 制 成 功 27nmCMOS 器 件
NEC 研 制 成 功 45 nm CMOS 器 件
入
AMD 研 制 成 功 35 nm CMOS 器 件
2003
纳
全 国 标 准 化 技 术 管 理 委 员 会
Intel 研 制 成 功 30 nm CMOS 器 件
SEMI 中 国 更 名 为 “ 全 国 半 导 体
米
AMD 研 制 成 功 15nm NMOS 器 件 2001
设 备 与 材 料 标 准 化 技 术 委 员 会 ”
器
Intel 研 制 成 功 15 nm NMOS 器 件 2002 件
申 请 筹 建 “ 微 光 刻 分 技 术 委 员 会
研 制 出 64 位 Pentium MMX 微 处 理 器 2004 ”
和 2004 研 制 成 功 22nmCMOS 器 件
200M 90nm CMOS 器 件 达 到 量 产
电 2004 我 国 第 一 条 12 英 寸 集 成 电 路 生 产 线
Intel 推 出 基 于 65nm 工 艺 的 处 理 器 2005
路 2004 中 芯 国 际 ( 北 京 ) 公 司 ;0.18 -
Intel 推 出 基 于 45nm 工 艺
2007
研 0.13 微 米 工 艺 ;65-90nm 工 艺
的 处 理 器
发 2006 成 立 “ 全 国 纳 米 技 术 标 准 化 技 术
Intel 完 成 基 于 32nm 的
的 委 员 会 / 纳 米 加 工 技 术 工 作 组 ”
制 造 工 艺 开 发
2008 新
IBM 展 示 22nm 的 EUV 光 刻 验 证 芯 片 2009 纪
2006 《 国 家 中 长 期 科 学 和 技 术 发 展 规
9 月 Intel 第 一 次 向 世 人
元
划 纲 要 (15 年 )》 启 动 16 个 专 项
2009
展 示 了 22nm 工 艺 晶 圆 。
我 国 已 经 迈 进 到 纳 米 器 件 研 究

世 界 IC 与 微 光 刻 发 展 史
中 国 IC 与 微 光 刻 发 展 史
二
年 初 ,IBM 展 示 了 全 世 界 第 一 块
2011 十 2011 国 家 “ 十 二 . 五 ” 全 面 启 动 , 与 微
20nm 工 艺 晶 圆 , 使 用 了 HKMG 和 一 电 子 直 接 相 关 的 01、02、03 专 项 研
Gate-Last 技 术
世 究 工 作 全 面 铺 开 。 开 展 22nm、16nm
7 月 三 星 也 宣 布 完 成 了 全 球 第 一 颗
2011
纪 、10nm 纳 米 极 大 规 模 集 成 电 路 研 究
20nm 工 艺 试 验 芯 片 的 流 片
一 2011 11 月 “ 全 国 半 导 体 设 备 与 材 料 标
8 月 GlobalFoundries(AMD ) 宣 布 , 2011 十 准 化 技 术 委 员 会 / 微 光 刻 分 技 术 委
20nm 工 艺 试 验 芯 片 成 功 流 片
年 员 会 ( 筹 )” 全 体 会 议 在 深 圳 召
TSMC( 台 积 电 ) 具 有 22/20 纳 米 2011
代
2012
开
工 艺 节 点 的 制 造 能 力
我 国 继 续 引 进 一 批 纳 米 电 子 束 光 刻
04 月 24 日 英 特 尔 发 布 核 心 代 号 为
2012
微
系 统 , 中 芯 国 际 引 进 32 纳 米 先 进 掩
Ivy Bridge 的 首 款 22 纳 米 工 艺 第 三 电
模 制 造 电 子 束 曝 光 系 统
代 酷 睿 处 理 器 。 3D/ 14 亿 个 晶 体 管 子
进
入
纳
米
国 家 科 技 重 大 专 项 支 持 “ 极 大 规 模 集 成
电 路 制 造 装 备 及 成 套 工 艺 研 究 项 目 ”
工
芯 片 特 征 尺 寸 将 推 进 到 32nm 节 点 2013 艺 国 内 微 光 刻 半 导 体 设 备 与 材 料 企 业 发 展
芯 片 特 征 尺 寸 将 推 进 到 22nm 节 点 2016 时
壮 大 : 北 京 中 微 半 导 体 装 备 、 上 海 微 电
芯 片 特 征 尺 寸 将 推 进 到 16nm 节 点 2019
代 子 装 备 、 沈 阳 半 导 体 装 备 、 清 溢 、 瑞 择
、 芯 硕 、 路 维 、 龙 图 、 微 影 、 维 格 等 等
芯 片 特 征 尺 寸 将 推 进 到 10nm 节 点 2025

微 电 子 学
微 纳 电 子 学
光 子 计 算 机
微 光 学 军 用 光 学
光 学 分 子 计 算 机
智 能 计 算 机 光 电 子 学 信 息 光 学
量 子 光 学 生 物 分 子 计 算 机
智 能 电 子 系 统 集 成 光 电 子 学 导 波 光 学 自 组 装 技 术 Bottom-UP
电 磁 波 调 制
“ 超 材 料 ”Metamaterialt t il
薄 膜 光 学
编 码 密 码 学
DNA 计 算 机
离 心 铁 磁 旋 转 电 子 学 声 子 光 子 晶 体 左 旋 结 构 手 性 材 料
仿 生 学
神 经 元 网 络
磁 通 量 子 器 件 半 导 体 太 阳 能 技 术 半 导 体 激 光 微 流 体
微 光 机 电 系 统 集 成 系 统
位 相 光 学
集 成 激 光 器
生 物 芯 片
超 分 子 化 学
模 糊 传 感 器 超 导 微 电 子 学 衍 射 光 学 二 元 光 学 有 机 微 电 子 学 生 物 电 子 学
微 机 器 人 微 传 感 器 技 术 声 表 面 波 技 术 分 子 生 物 化 学 分 子 电 子 学
微 机 械
微 光 刻 微 纳 加 工 1995 2005 2015
纳 电 子
微 电 子 机 械 系 统 MEMS 硅 微 电 子 工 艺 技 术 纳 米 电 子 学 电 磁 波 计 算 机
纳 电 子 机 械 系 统 NEMS 技 固 体 电 子 学 固 体 纳 电 子 学 模 糊 计 算 学 云 计 算
多 芯 片 组 件
真 空 微 电 子 学
术
微 波 电 子 学 单 电 子 学
电 子 波 晶 体 管
MCM EDA 集 成 微 电 子 学 电 子 束 光 刻 技 术 量 子 电 子 学
亲 光 刻 工 艺 设 计 规 则 LFD 下 一 代 光 刻 技 术 NGL 电 子 自 旋 核 自 旋
可 制 造 性 设 计 DFM 分 辩 率 增 强 技 术 RET
量 子 比 特
量 子 波 函 数
系 统 芯 片 设 计 SOC PSM OPC 纳 米 CMOS 器 件 量 子 计 算 机
新 设 计 新 材 料 、 新 结 构 、 新 器 件
微 电 子
纳 米 计 算 机
TOP-down
脚 踏 实 地
上 天 入 地

东 北 微 电 子 所 -47[EB] GCA 中 国 科 学 院 微 电 子 研 究 所 国 家 纳 米 科 学 中 心 {EB}
微 细 加 工 与 纳 米 技 术 实 验 室
河 北 半 导 体 所 -13[EB]GCA
中 科 院 电 工 所 [EB]
[ EB]{EB}(GCA)
中 科 院 物 理 所 {EB}
武 汉 华 中 科 技 大 学 {EB} 其 他 微 纳 米 加 工 平 台
中 科 院 半 导 体 所 {EB}
国 防 科 大 , 中 国 科 大 {EB} 厦 门 大 学 ;
北 京 大 学 {EB}
西 安 771 所 GCA 大 连 理 工 大 学 ; 哈 尔 滨 工 大
清 华 大 学 {EB}
西 北 工 业 大 学 ; 中 北 大 学
西 安 交 通 大 学 {EB}
北 京 机 械 部 自 动 化 所 GCA
29 所 ;45 所 ;214 所
南 京 55 所 {EB}GCA;DWL 浙 江 大 学 ; 邮 电 大 学 北 京 华 威 电 子 厂 878;GCA
长 春 光 机 所
北 京 11 所 ATD 2000
南 京 大 学 {EB}
长 春 理 工 光 学 博 物 馆
山 东 大 学 {EB}
中 科 院 苏 州 纳 米 所 {EB}
复 旦 大 学 , 上 海 交 大 {EB}
合 肥 芯 硕 电 子 有 限 公 司
中 科 院 微 系 统 所 {EB}
苏 州 微 影 兄 弟 联 合 科 技 公 司
常 州 瑞 择 微 电 子 公 司
无 锡 华 润 掩 模 制 造 [EB]GCA
无 锡 58 所 掩 模 制 造 ( 卓 越 )
上 海 [EB] 中 芯 国 际 光 掩 模 厂
中 科 院 成 都 光 电 所 {EB}3D 上 海 [EB] 凸 版 光 掩 模 公 司
重 庆 26 所 重 庆 24 所
清 溢 精 密 光 电 ( 深 圳 )
有 限 公 司 [LPG]DWL CORE
上 海 [EB]Photrnics 掩 模 公 司
长 沙 普 照 电 子 材 料 公 司
台 湾 新 竹 科 技 园
路 维 电 子
台 湾 光 罩 等 [EB]
长 沙 韶 光 铬 板 厂
美 精 维 电 子
香 港 科 技 大 学 [EB]
中 山 大 学 {EB}
龙 图 电 子
香 港 中 文 、 城 市 大 学 [EB]

国 内 目 前 电 子 束 直 写 与 光 学 制 版 设 备 状 况
中 国 科 学 院 微 电 子 所 :JBX-6300FS /5000LS/ 6AII ; MEBES 4700S; GCA3600/3696;(NBL )
无 锡 华 润 华 晶 : ZBA-23;JBX 6AII;MEBES 4500、5000S;ALTA3900;GCA3066/3696
5000S 无 锡 58 所 信 息 产 业 掩 模 制 造 ( 原 香 港 卓 越 (RMTC) 掩 模 公 司 :LEICA SB350 )
清 溢 精 密 光 电 ( 深 圳 ) 有 限 公 司 : GS MaskWrite 800; DWL 200/400
沈 阳 东 北 微 电 子 (47) 所 : MEBES 4500;GCA 3696
石 家 庄 中 电 集 团 13 所 :LEICA VB5 ; 英 国 NBL ;GCA3066/3696; ATD 2000 位
南 京 中 电 集 团 55 所 : 英 国 NBL (5 台 +1?);GCA3066/3696; DWL 200/2000
北 京 大 学 :
英 国 NBL (nB3+nB5?);( 北 京 大 学 电 子 系 :RAITH 150 +FIB)
西 安 771; 重 庆 24 所 ; 北 京 机 械 自 动 化 所 ; 北 京 878 厂 : GCA3600/3696
清 华 大 学 : JEOL JBX-6300FS ; 中 科 院 微 系 统 所 :(JBX-6300FS)
中 科 院 物 理 所 :(JEOL JBX-6300FS ) RAITH 150 ; 中 科 院 半 导 体 所 : RAITH 150
复 旦 大 学 (JEOL JBX-6300FS) ; 上 海 交 大 ; 成 都 光 电 所 ;
中 科 院 苏 州 纳 米 研 究 所 :JEOL JBX-5500FS; 中 科 院 长 光 医 工 所 :RAITH 150
国 家 纳 米 中 心 : Vistec EBPG 5000 Plus ES; 武 汉 华 中 科 技 大 学 :EBPG G 5000 ES
中 山 大 学 : ( Vistec EBPG 5000 ); e_LiNE+probe;
西 安 交 通 大 学 : 日 本 Crestec CABL9000; 长 沙 国 防 科 技 大 学 : Crestec
南 京 大 学 : 日 本 Elionix; eLiNE _ +EBID ; 中 国 科 技 大 学 : eLiNE; _
浙 江 大 学 ; 厦 门 大 学 ; 邮 电 大 学 等 ; 中 电 29 所 ; 航 天 13 所 ; 上 海 技 物 所 ( 欲 引 进 EBL)
山 东 大 学 和 中 科 院 电 工 所 : 基 于 SEM 自 行 改 造 和 JBX 6AII; 工 信 部 11 所 ATD1000/ 2000
中 芯 国 际 光 掩 模 厂 :JEOL JBX 3030;JEOL JBX 3040 ;JEOLJBX3200(32nm 节 点 )
上 海 凸 版 ( 杜 邦 ) 光 掩 模 公 司 :MEBES III ;ALTA;( 上 海 Photrnics 掩 模 公 司 :HITACHI)
香 港 科 技 大 学 :JEOL JBX-6300FS; 城 市 大 学 Crestec CAL9000; 中 文 大 学
台 湾 光 罩 为 代 表 的 掩 模 制 造 与 微 奈 加 工 : 几 十 台 MEBES;JBX;HITACHI;LEICA/Vistec

PSM
移 相 掩 模 技 术
Phase-Shift Masks
交 替 形 移 相 掩 模
解 决 位 相 冲 突 问 题 的 研 究
T 型 结 构 位 相 冲 突
T 型 间 隙 位 相 冲 突
狗 腿 ( 奇 偶 ) 位 相 冲 突
狗 腿 间 隙 位 相 冲 突
亮 场 移 相 掩 模 曝 光 后
多 余 线 条 的 去 除 方 法 的 研 究

OPC
光 学 邻 近 效 应 校 正 技 术
Optical Proximity Effect Correction
对 三 类 光 刻 图 形 畸 变 进 行 几 何 修 正 : 线 条 头 部 缩 短 (pulling back at the end of the
narrow line); 线 条 宽 度 变 化 (width variation); 拐 角 变 圆 (corner rounding)
光 学 临 近 效 应 的 图 形 几 何 修 正 方 法
Original 原 始 设 计 图 形
Hammer-head 锤 头 Variation 线 宽 修 正 Bias 图 形 偏 置 Edges Jogs 边 缘 微 调
inner and outer Serifs
内 / 外 角 挖 去 / 添 加 附 加 方 块
Scattering Bars
附 加 亚 分 辨 率 散 射 条
亚 分 辨 率 辅 助 特 征 线 条 插 入
技 术 (SRAFs;Sub-
Resolution Assist Features)
散 射 条 插 入 技 术 (Scattering
Bar)
反 向 光 刻 技 术 (ILT;
Inverse Lithography
Technology)
根 据 修 正 规 则 实 施 的 OPC
设 计 版 图
S
W
校 正 后 版 图
W
( 宽 度 )
S ( 间 距 )
根 据 光 衍 射 物 理 模 型 实 施 的 OPC
OPC 模 拟
λ=365nm ,0.5μm 的 孤 立 孔 , 重 叠 率 为 25%,50%,75%,1
校 正 过 程
版 图 设 计
快 速 光 刻 模 型
校 正 后 版 图
校 正 前 曝 光 结 果
校 正 后 曝 光 结 果
λ=365nm ,NA=0.42,0.5μm 的 π 形 线

离 轴 照 明 改 善 焦 深

浸 没 透 镜 ( Immersion) 光 刻 的 突 破
分 辨 率 = k1 λ
NA = k1
λ nsin
θ , n >
1,
NA >
1
193nm 光 源 有 望 实 现 : 0.13um-90nm-65nm-45nm-32nm
最 后 一 个 透
镜
传 统 的 光 刻 机 ( 空 气 中 )
折 射 率 n=1,NA1
抗 蚀 剂 磷 酸 折 射 率 为 1.54 NA = nsin θ = 1. 3
正 在 开 发 折 射 率 达 到 1.65-1.75
硅 片
的 高 折 射 率 的 第 三 代 浸 没 液 体
浸 没 透 镜 光 刻 的 突 破 为 产 业 节 约 了 大 量 资 金
和 新 光 学 鏡 头 材 料
提 高 光 刻 分 辨 率 有 三 种 途 径 。 一 是 缩 短 曝 光 光 源 波 长 , 需 要 高 昂 的 设 备 原 理 性 换 代 ; 二 是 改 善
工 艺 因 子 K1, 其 代 价 是 缩 小 了 制 造 工 艺 窗 口 , 同 时 还 需 要 改 变 集 成 电 路 版 图 的 设 计 规 则 、 改 善 光 刻
胶 的 工 艺 和 分 辨 率 增 强 技 术 , 但 还 难 以 满 足 45nm 节 点 生 产 的 需 求 ; 所 以 需 要 回 过 头 来 在 改 善 光 学 系
统 数 值 孔 径 上 做 文 章 了 ( 即 第 三 条 途 径 )。 目 前 要 继 续 提 高 光 学 透 镜 的 数 值 孔 径 需 要 设 计 更 大 口 径 更
复 杂 的 镜 头 已 经 不 太 切 合 实 际 , 因 此 光 刻 专 家 们 根 据 高 倍 油 浸 显 微 镜 提 高 分 辨 率 的 原 理 , 设 法 在 曝 光
镜 头 的 最 后 一 个 镜 片 与 硅 片 之 间 增 加 高 折 射 率 介 质 以 达 到 提 高 分 辨 率 的 目 的 , 因 为 提 高 该 介 质 的 折 射
率 可 以 加 大 光 线 的 折 射 程 度 , 等 效 地 加 大 镜 头 口 径 尺 寸 与 数 值 孔 径 , 同 时 可 以 显 著 提 高 焦 深 (DOF)
和 曝 光 工 艺 的 宽 容 度 (EL)。
光 刻 设 备 领 域 ASML、Nikon、Canon “ 三 国 演 义 ”, 浸 没 式 光 刻 为 主 角

两 次 间 隙 嵌 套 曝 光 技 术
( 双 重 图 形 double patterning 或 双 重 显 影 double processing)
两 次 曝 光 技 术 的 应 用 目 前 特 别 为 人 们 关 注 , 把 原 来 一 次 光 刻 用 的 掩 模
图 形 交 替 式 地 分 成 两 块 掩 模 , 每 块 掩 模 上 图 形 的 分 辨 率 可 以 减 少 一 半 , 减 少
了 曝 光 设 备 分 辨 率 的 压 力 , 同 时 还 可 以 利 用 第 二 块 掩 模 版 对 第 一 次 曝 光 的 图
形 进 行 修 整
两 次 曝 光 是 有 效 地 拓 展 现 有 光 刻 曝 光 设 备 的 技 术 延 伸 , 不 必 等 待 更 高 的
分 辨 率 和 更 高 数 值 孔 径 系 统 的 出 现 就 可 以 投 入 下 一 个 节 点 产 品 的 生 产
但 两 次 曝 光 技 术 也 有 它 的 问 题 , 如 对 套 刻 精 度 要 求 更 苛 刻 和 生 产 效 率 降
低 的 问 题 。
两 次 曝 光 一 次 显 影 一 次 刻 蚀 ; 两 次 曝 光 技 术 DP
两 次 曝 光 两 次 显 影 三 次 刻 蚀 ( 一 次 沉 积 ); 三 次 曝 光 技 术 TP
两 次 曝 光 一 次 固 化 一 次 显 影 一 次 刻 蚀 ; 多 次 曝 光 技 术 MP
一 次 曝 光 一 次 显 影 一 次 侧 墙 沉 积 一 次 刻 蚀 一 次 转 移 。 自 对 准 技 术 SP
同 样 需 要 解 决 “ 分 色 ” 冲 突 问 题
光 刻 胶 ( 正 胶 )
涂 胶 - 曝 光 - 第 二 次 曝 光 - 显 影 - 刻 蚀 ( 减 少 干 涉 )

0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
Misalignment
可 制 造 性 设 计 Design For Manufacturability - DFM
基 于 光 刻 ( 可 制 造 性 ) 的 版 图 设 计 规 则 ( LFD - Lithography friendly design
光 刻 友 好 设 计 (Litho-Friendly Design) rules 反 向 ) 光 刻 (Inverse Lithography Technology -ILT)
抗 工 艺 偏 差 设 计 (Process-Aware Design) 数 字 光 刻 (Digital Lithography Technology -DLT)
曝 光 光 源 与 掩 模 图 形 匹 配 优 化 设 计 技 术
(Source Mask Optimization –SMO) (Cadence SMO)
亚 分 辨 率 ( 超 成 像 极 限 ) 辅 助 图 形 Sub-Resolution Assist Feature (SRAF) 技 术
(RBAF / MBAF) (OPC)
原 始 版 图 OPC 版 图 OPC+PSM 版 图
Layout
Metric
Misalignment
Exposure
Process Margin
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.7
0.6
0.5
0.4
Defocus
−3.0 σ
−2.5 σ
1.0 σ
0.5 σ
0.0 σ
−0.5 σ
−1.0 σ
−1.5 σ
−2.0 σ
3.0 σ
2.5 σ
2.0 σ
1.5 σ
Yield
1.2
0.3
1
0.25
0.8
0.2
0.6
0.15
0.4
0.1
p(spacing)
0.3
0.2
0.2
0.05
0.1
0
0
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
Yield Loss
Spacing
0.12
0.14
0.16
0.18
coverage
0.2
0

电 子 束 光 刻 技 术
E-Beam Lithography

JEOL 电 子 束 光 刻 系 统 发 展 史 及 在 中 国 的 设 备
SPOT BEAM
VARIABLE SHAPED BEAM
30kV JBX-2A/2B
1967
高 斯 束
变 形 束
20kV
纳 米 制 造
JBX-4A/4B
掩 模 制 造
JBX-5A
1974 (Mask Making)
(EB Direct Writing)
W
1977
微 电 子 所 / 电 工 所
JBX-6A
无 锡 华 润
50kV JBX-5A6 1981
JBX-5D
1982
JBX-6AII EB-57
JBX-5R
JBX-5DII
1985
EB-60
LaB6
1986 JBX-6AIII
TEG
JBX-5EF
1987
1988
JBX-8600DV
微 电 子 所
JBX-6000FS
ZrO/W
1990 JBX-7000MV
40kV
JBX-5000LS
TFEG 1995 JBX-7000MVII
JBX-9300FS 1998 JBX-9000MV 50kV
JBX-5000LSE JBX-6000FSE
2001 JBX-9000MVII 上 海 中 芯 国 际
苏 州 纳 米 所
100kV 2002 JBX-3030MV
JBX-3040MV
2005
JBX-5500FS JBX-6300FS
JBX-9500FS JBX-3050MV
2011
微 系 统 所 物 理 所 微 电 子 所 清 华 复 旦 三 星 芬 兰 康 奈 尔 JBX-3200MV

Vistec 电 子 束 光 刻 系 统 发 展 史 及 在 中 国 的 设 备
Philips
1962 EBM1
1966 EBM2
1968 EBM3
1972 EBM4
1978 EBPG3
1985 EBPG-4
1988 EBPG-4HR
1996
Philips
Redhill UK
Research
Programme
Gaussian Beam
Leica Cambridge Ltd
1990 EBML300
EBPG-5HR
1995 VB-5HR
VB-6HR
EBL100
Cambridge Instruments
1966
UK
1971
EBMF1 1974
EBMF2 1976
EBMF6.5 1980
EBMF10.5 1985
EBMF10.5CS 1986
EBMF10.5/ CS12
1988
0
石 家 庄 13 所
Government
Research
Contract
无 锡 华 润
Carl Zeiss Jena
Shaped Beam
Leica Lithography Systems Ltd / Leica Lithography Systems GmbH
ZBA10 1976
ZBA10/1 1978
ZBA20 1982
ZBA21 1987
Jenoptik
ZBA23 1991
LION LV1 1994
ZBA31/32
1995
VB 6HR
EBPG-5000
1998 Leica Microsystems Lithography
SB 31/32
SB 350
2005
VB300, VB6UHR EWF
SB3050 , SB250 , SB350, SB351
EBPG-5000p, EBPG-5000p ES
Vistec
国 家 纳 米 中 心 中 山 大 学 武 汉 华 中
无 锡 58 所 ( 卓 越 )

ETEC MEBES EB 图 形 发 生 器 发 及 在 中 国 的 设 备
GCA 光 学 图 形 发 生 器
1968 GCA PG
GCA 3000
GCA 3595
GCA 3600
GCA 3696
GCA 4800
DSW
GCA 6000
DSW
1985
中 国 科 学 院 微 电 子 所
无 锡 华 润 华 晶
沈 阳 东 北 微 电 子 (47) 所
南 京 55 所 西 安 771 所
河 北 半 导 体 所 (13) 所
北 京 机 械 部 自 动 化 所
北 京 华 威 电 子 厂 878
重 庆 26 所 重 庆 24 所
ATEQ 激 光 图 形 发 生 器
1970
P-PG
1987 CORE2000
CORE2100
1991
清 溢 精 密 光 电 1994
1997
CORE2564
PSM
1971
ALTA 3000/3100
ALTA 3500 1999
ALTA 3700
ETEC 电 子 束 图 形 发 生 器
MEBES I
MEBES II
上 海 凸 版
光 掩 模 公 司
1983 MEBES III
1986 AEBLE DWS
1990 MEBES IV
1991
AEBLE150S
1992 MEBES V
MEBES 4500
MEBES 4700
MEBES 5000
低 加 速 电 压
阵 列
美 国 应 用 材 料 APRLIED MATERIALS
2001
ALTA 3900/4000
2002 ALTA 4300D
ALTA 4700/PSM 无 锡 华 润 华 晶
2004
2006 ALTA 4700HT
中 国 科 学 院 微 电 子 所
2007 ALTA 3900HT 沈 阳 东 北 微 电 子 (47) 所
2010 ALTA 4700plus

中 国 科 学 院 微 电 子 研 究 所 JBX6300FS
电 子 束 光 刻 系 统
电 子 束 光 刻 系 统 主 机 安 装 完 成 (2008 年 )

JEOL JBX 6300FS
HSQ
Fox16
胶 厚 400nm
线 宽 30nm
20nm 点 阵
30nm 器 件
5nm 宽 格 栅
10nm 线 条

JBX 6300FS
HSQ
F Fox16
胶 厚 500-600nm
线 宽 60nm

电 子 束 光 刻 亚 50 纳 米 结 构 图 形 难 在 哪 里 ?
介 质 层 电 荷 积 累 影 响 尺 度 1-10 10 微 米
长 时 间 曝 光 电 磁 场 波 动 漂 移 尺 度 20-500nm
抗 蚀 剂 膨 胀 收 缩 尺 度 1-50nm
抗 蚀 剂 分 辨 力 尺 度 5-100nm
长 时 间 曝 光 温 度 波 动 漂 移 尺 度 20-1000nm
电 子 束 曝 光 拼 接 精 度 与 套 刻 精 度 的 尺 度 15-60nm
抗 蚀 剂 显 影 烘 烤 影 响 尺 度 变 化 1-50nm
20nm 宽 格 栅
金 属 颗 粒 尺 度 5-50nm
高 高 宽 比
纳 米 结 构 图 形
脱 落 粘 连 倒 覆
导 轨 误 差 尺 度 5-50nm
20nm 点 阵
电 子 束 曝 光 最 小 步 距 尺 度 0.125-12.5nm
5
电 子 束 前 散 射 波 及 尺 度 10-100nm100
电 子 束 斑 尺 度 2-50nm
5nm 宽 格 栅
电 子 束 背 散 射 波 及 尺 度 2-50 微 米
电 子 束 斑 本 身 就 是 高 斯 分 布
电 子 束 曝 光 邻 近 效 应

纳 米 CMOS 器 件 和 纳 米 结 构 器 件 制 造 中
微 光 刻 与 电 子 束 光 刻 技 术
的 几 个 重 要 问 题
版 图 设 计 问 题 -- 计 算 机 辅 助 设 计 技 术
数 据 处 理 问 题 -- 格 式 转 换 与 图 形 处 理 技 术
掩 模 制 造 问 题 — 先 进 掩 模 制 造 技 术
图 形 转 移 问 题 -- 光 学 光 刻 与 电 子 束 光 刻 技 术
曝 光 效 率 问 题 -- 匹 配 与 混 合 光 刻 技 术
电 子 散 射 问 题 -- 邻 近 效 应 校 正 技 术
工 艺 技 术 问 题 -- 抗 蚀 剂 等 工 艺 技 术
模 拟 技 术 问 题 — 器 件 、 工 艺 、 光 刻 模 拟 技 术

大 小 束 流 、 大 小 光 阑 和 大 小 剂 量 混 合 曝 光 技 术
由 于 圆 形 束 电 子 束 曝 光 系 统 通 常 采 用 较 细 的 束 斑 进 行 扫 描 曝 光 , 图 形 越 精 细 ,
需 要 越 小 的 束 斑 , 而 小 束 斑 , 又 限 制 了 只 能 采 用 小 束 流 曝 光 , 需 要 越 长 的 曝 光 时 间
, 然 而 集 成 电 路 版 图 中 图 形 通 常 由 大 小 不 同 的 图 素 组 成 , 其 中 大 面 积 图 形 需 要 占 用
很 长 得 时 间 , 为 提 高 曝 光 效 率 应 该 把 版 图 中 的 大 面 积 曝 光 图 形 ( 或 背 景 ) 与 精 细 图 形
部 分 进 行 数 据 分 离 , 采 用 大 小 束 流 混 合 曝 光 的 方 法 缩 短 曝 光 时 间 。
大 小 束 流 混 合 曝 光 通 常 采 用 分 别 按 照 不 同 的 电 子 束 流 的 条 件 下 调 整 电 子 光 学 系
统 , 分 别 建 立 两 种 束 流 的 电 子 光 学 参 数 文 件 , 在 小 束 流 曝 光 完 毕 后 自 动 恢 复 大 束 流
的 电 子 光 学 参 数 后 进 行 大 束 流 曝 光 , 由 于 电 子 光 学 参 数 变 化 比 较 大 , 会 产 生 比 较 大
的 飘 移 现 象 , 所 以 曝 光 会 出 现 比 较 大 的 套 合 误 差 。
我 们 实 验 中 发 现 可 以 采 用 大 小 光 阑 混 合 曝 光 实 现 大 小 束 流 混 合 曝 光 , 只 要 首 先
将 大 小 束 流 相 差 10 倍 (30 倍 ) 的 两 组 曝 光 文 件 , 可 以 在 同 一 种 电 子 光 学 参 数 的 条 件 下
, 先 用 小 孔 径 光 阑 (1# 孔 径 ) 进 行 小 束 流 曝 光 , 曝 光 结 束 后 不 要 退 出 版 架 , 把 小 孔
径 光 阑 换 成 大 孔 径 (2#(3#)( ) 孔 径 ), 再 执 行 大 孔 径 大 束 流 曝 光 文 件 , 这 种 混 合 曝 光
方 式 电 子 光 学 参 数 基 本 不 变 , 束 流 稳 定 , 飘 移 小 , 套 合 误 差 比 较 小 。
我 们 实 验 中 还 发 现 大 面 积 图 形 可 以 用 很 小 的 剂 量 就 能 达 到 曝 光 的 目 的 , 所 以 可
以 采 用 大 小 剂 量 混 合 曝 光 , 只 要 首 先 将 大 小 面 积 的 图 形 分 成 几 组 曝 光 文 件 , 可 以 在
同 一 种 电 子 光 学 参 数 的 条 件 下 , 再 执 行 大 小 剂 量 分 别 曝 光 , 这 种 混 合 曝 光 方 式 相 当
于 简 易 剂 量 调 制 曝 光 。
大 小 束 流 混 合 曝 光
大 小 光 阑 混 合 曝 光

电 子 束 曝 光 与 光 学 曝 光 系 统 的 匹 配 和 混 合 光 刻 技 术
E-Beam /Opticale mix and match lithograohy
光 学 制 版 系 统 与 投 影 光 刻 机 的
匹 配 制 造 混 合 光 刻 掩 模 版
电 子 束 光 刻 系 统 与 接 触 式 光 刻 机 的
匹 配 和 混 合 光 刻 制 备 标 准 样 片

“ 超 材 料 ” Metamaterial
物 理 所 李 俊 杰 等
利 用 微 纳 米 加 工 技 术 , 人 工 制 造 出 可 对 光 子 和 电 磁 波
进 行 调 制 , 产 生 特 异 性 质 的 功 能 材 料
人 造 晶 格 , 光 子 晶 体 , 光 子 筛 , 纳 米 结 构 光 子 衍 射 材 料 ; 手 性 材 料 , 完 美 晶 体 , 负 折
射 效 应 材 料 ; 磁 共 振 , 磁 吸 收 , 磁 旋 , 高 频 磁 响 应 材 料 ; 金 属 表 面 等 离 子 体 激 发 效 应
材 料 ; 逆 多 普 勒 效 应 , 逆 斯 涅 尔 效 应 , 反 常 Cherenkov 辐 射 效 应 材 料 等 。 以 及 非 线 性
光 学 , 集 成 光 学 , 微 纳 波 导 ,X 射 线 衍 射 光 学 器 件 , 人 工 全 息 , 菲 涅 尔 变 换 掩 模 等 。

电 子 束 邻 近 效 应 剂 量 校 正 软 件
采 用 以 Sigma-C CAPROX
GenISys GmbH LayoutBEAMER
为 代 表 的 邻 近 效 应 校 正 软 件 实 施 曝 光 剂 量 调 制 的 方 法 进 行 修
正

不 同 入 射 电 子 能 量 E 0 对 电 子 散 射 的 影 响
(400nm PMMA+Si, 2000 个 入 射 电 子 )
赵 珉
E 0 25Kev 50Kev 100Kev
抗 蚀 剂
400nm
衬 底 纵 深
70 微 米 时
抗 蚀 剂
400nm
波 及 范 围 达 100um
衬 底 纵 深
400nm 内
E 0 较 大 时 , 电 子 束 的 透 射 深 度 较 大 , 背 散 射 严 重 , β 值 较 大
E 0 较 小 时 , 电 子 束 在 抗 蚀 剂 层 中 的 扩 展 较 为 严 重 , α 值 较 大

抗 蚀 剂 层 厚 度 对 电 子 散 射 的 影 响
(PMMA+Si, 50kev, 2000 个 入 射 电 子 )
200nm
Thickness: 100nm 300nm 400nm 500nm
赵 珉
电 子 束 在 厚 抗 蚀 剂 层 中 的 扩 展 较 为 严 重 , α 值 较 大
衬 底 材 料 对 电 子 散 射 的 影 响
(300nmPMMA, 50kev, 2000 个 入 射 电 子 )
GaAs, Z=32
Si,Z=14 PI, Z=5.03
电 子 束 在 平 均 原 子 序 数 较 大 的 衬 底 材 料 中 的 背 散 射 较 为 严 重 ,β 值 较 大 ,η 值 较 大

几 种 常 用 电 子 束 抗 剂 蚀 的 特 性
抗 剂 蚀 种 类 ; 正 / 负 性 ; 灵 敏 度 ; 分 辨 率 ; 说 明
tone dose resolution comments
高 分 辨 率 High resolution: µC/cm 2
nm
崔 铮 , 陈 勇 , 陈 宜 方
史 佩 雄 , 陈 宝 钦
PMMA + 300~1000

电 子 束 光 刻 / 聚 酰 亚 胺 薄 膜 衬 底 /X 射 线 曝 光 / 微 电 镀
工 艺 相 结 合 纳 米 光 学 制 造 技 术 朱 效 立 赵 珉 吴 璇 马 杰 洪 梅 华
利 用 电 子 束 光 刻 直 写 技 术 制 造 薄 膜 衬 底 X 射 线 掩 膜 , 再 利 用 X 射 线 高 穿 透 曝 光 能 力 和
精 密 电 镀 工 艺 技 术 相 结 合 制 备 高 清 晰 , 高 陡 直 度 , 高 高 宽 比 的 线 条 。

电 子 束 直 写 -X 射 线 - 电 镀 工 艺 制 造 X 射 线 衍 射 光 学 元 件 工 艺 流 程

纳 米 衍 射 光 学 元 件 制 造 的 关 键 工 艺
大 分 子 量 PMMA 电 子 抗 蚀 剂
镂 空 薄 膜
背 散 射 电 子 影 响
邻 近 效 应
聚 酰 亚 胺 镂 空 薄 膜 衬 底
电 子 束 直 写
纳 米 镀 金 工 艺
同 步 辐 射 装 置 3B1B X 射 线 复 制
0.5 – 绿 1 箭 Kev 、
临 近 效 应 影 响
掩 模 与 衬 底 之 间 的 距 离 控 制
负 性 PMMA 光 学 光 刻 胶
PMMA SX AR-N 4800/16
紫 外 光 学 套 刻 制 作 厚 金 挡 光 层
(2 – 5 μm )

亚 20nm 结 构 电 子 束 光 刻 技 术
Sub-20nm E-Beam Lithography technology
纳 米 电 子 束 光 刻 若 干 工 艺 技 术 的 讨 论
Discussion on some technology
of Electron Beam Nano-lithography
陈 宝 钦 王 琴
Baoqin Chen, Qin Wang
中 国 科 学 院 微 电 子 研 究 所
微 细 加 工 与 纳 米 技 术 研 究 室
电 子 束 光 刻 技 术 实 验 室
010-82995580;13661034296; 13661034296 chenbq@ime.ac.cn
cn
IMECAS
赵 珉 吴 璇 王 琴 朱 效 立 史 丽 娜 李 海 亮 杜 宇 禅 于 明 岩 柳 江 李 金 儒 汤 耀 科 薛 丽 君 王 德 强 任 黎 明 胡 勇
王 云 翔 龙 世 兵 陆 晶 杨 清 华 张 立 辉 范 东 升 牛 洁 斌 李 新 涛 徐 秋 霞 谢 常 青 刘 明 段 辉 高

纳 米 电 子 束 光 刻 若 干 工 艺 技 术 的 讨 论
电 子 束 光 刻 图 形 数 据 设 计 可 制 造 性 的 问 题
电 子 束 曝 光 机 时 上 考 虑 的 曝 光 图 形 可 制 造 性 设 计 问 题
电 子 束 极 限 分 辨 率 和 邻 近 效 应 上 考 虑 的 可 制 造 性 设 计
电 子 束 变 剂 量 曝 光 技 术 的 问 题
高 分 辨 率 高 反 差 电 子 抗 蚀 剂 与 线 曝 光 应 用 的 问 题
亚 十 纳 米 结 构 制 造 电 子 束 极 限 直 写 技 术 问 题
绝 缘 衬 底 电 子 束 曝 光 电 荷 积 累 的 问 题
电 子 抗 蚀 剂 与 基 片 附 着 力 的 问 题 ( 脱 胶 与 龟 裂 )
高 高 宽 比 抗 蚀 剂 图 形 坍 塌 - 粘 连 的 问 题
复 杂 图 形 的 表 面 张 力 定 向 倒 覆 设 计 问 题
《 微 纳 电 子 技 术 》2013
高 能 电 子 束 激 发 的 二 次 电 子 、 背 散 射 电 子 、X X 射 线 及
其 他 电 磁 辐 射 的 漫 散 射 曝 光 积 累 的 问 题
高 加 速 电 压 和 大 剂 量 曝 光 下 电 子 抗 蚀 剂 变 性 问 题
工 件 台 正 方 向 运 动 产 生 的 阿 贝 误 差 问 题

HSQ FOX 系 列 电 子 抗 蚀 剂
制 备 标 准 样 品 的 优 势
高 分 辨 率 ; 高 反 差 ;
剖 面 陡 直 ; 边 缘 直 ;
容 易 制 备 高 高 宽 比 结 构 ;
粘 附 力 好 ; 韧 性 好 ;
缺 点 :
显 影 后 稳 定 性 好 ;
灵 敏 度 低 ;
工 艺 稳 定 性 好 ;
曝 光 时 间 很 长 ;
碱 性 水 溶 性 显 影 液 ;
容 易 留 残 胶 ;
电 子 显 微 镜 观 察 性 能 好 。 容 易 氧 化 成 果 冻 。
电 子 束 抗 蚀 剂
与 线 曝 光 技 术 应 用
JBX 5000LS HSQ
周 期 200nm

HSQ 显 影 过 程
Development Mechanism of HSQ
H
H
Si
O
Si
O
Si
O
O
H H FOX 12 厚 75nm 左 右
Si
O
H
O
Si
O
( 八 ) 氢 基 硅 氧 烷 倍 半 体
( 八 ) 氢 倍 半 硅 氧 烷
HSQ (Hydrogen SilsesQuioxane)
FOX 13 厚 150nm 左 右
FOX 14 厚 250nm 左 右
FOX 16 厚 400nm 左 右
显 影 液 温 度 40°C
显 影 液 CD26 原 液
曝 光 剂 量
XR-1541-002 (2%; 厚 60- 30nm) 显 影 液 温 度 室 温
XR-1541-004 (4%; 厚 115-55nm)
XR-1541-006 (6%; 厚 180-85nm) CD26 : 水 =1:2
曝 光 剂 量 加 倍
H Si O Si
O
CD26 碱 性 显 影 液
氢 气 泡
O
H
O
O Si
分 解 反 应 ≡Si-H + OH - → ≡Si-O - + H 2 ↑
H
Dissolution
(HSiO 3/2 ) 8
交 联 反 应 ≡Si-O O - + ≡Si-O O - + H → ≡Si-O-Si≡ + -
2 O O 2OH
Cross-linking
Yang et al., JVSTB, 2009; Hyo-Sung Lee et al. JVSTB, 2009
电 子 束 轰 击 部 分 交 联 聚 合
段 辉 高

无 宽 度 线 曝 光 技 术 (Single Lines)
JBX 6300FS; 100KV; 200PA
HSQ Fox12 90nm 厚
亚 十 纳 米 结 构 制 造
电 子 束 极 限 直 写 技 术 问 题
5nm 宽 格 栅

采 用 电 子 束 极 限 直 写 技 术
进 行 亚 十 纳 米 结 构 制 造 实 验
Size, Gap and Shape Control 采 用 改 变 间 隙 尺 寸 和 曝 光 剂 量 与 显 影 条 件 控 制
段 辉 高
5 nm 4 nm 3 nm 1 nm
Bright view TEM images of bowties with different sizes
80 nm
14 nm 7 nm 3 nm 1 nm
Dark field STEM images of bowties with different gap sizes
10 00 nm
40 nm
50 nm
(S)TEM images of plasmonic structures with different shapes Koh et al. Nano Lett. 2011

进 行 原 子 级 结 构 制 造 实 验
原 子 的 直 径 由 于 电 子 的 运 动 接 近 光 速 ,
富 勒 烯 C60 0.71 纳 米
碳 管 层 0.334 纳 米
碳 C 0.220 纳 米
金 Au 0.288 纳 米
铝 Al 0.286 纳 米
铜 Cu 0.256 纳 米
砷 AS 0.242 纳 米
镓 Ga 0.240 纳 米
硅 Si 0.234 纳 米
氧 O 0.148 纳 米
氢 H 0.1 纳 米
蛋 白 质 分 子 0.43 纳 米
而 且 是 以 电 子 云 来 描 述 的 , 所
以 很 难 测 准 它 的 直 径 的 大 小 .
2.3 nm
1. 6 nm
(8 atoms wide)

HSQ 电 子 束 纳 米 光 刻 + 蒸 镀 金 属 膜 + 剥 离 工 艺
A Representative HSQ Lift-off Process
段 辉 高
~5 nm
~10 nm
~10 nm
Duan, H.; Hu, H.; Kumar, K.; Shen, Z.; Yang, J. K. W. ACS Nano 2011, 5, 7593-7600.
1 µm59

纳 、 皮 米 表 征 技 术
石 墨 烯
( 单 个 原 子 表 征 )
东 南 大 学 纳 皮 米 中 心
孙 立 涛
Nanolab in Titan 80-300
Information Resolution≤ 80pm
球 差 校 正 透 射 电 子 显 微 镜
Titan 80-300
价 格 :3000 万
分 辨 率 ≤ 80pm
硅 原 子 直 径 0.24nm 的 1/3
Electronic Science &
Engineering, SEU
Nanolab
in Tecnai G2 20
Nanolab
in dualbeam system

纳 、 皮 米 表 征 技 术
美 国
劳 伦 斯 - 伯 克 利
国 家 实 验 室
传 输 电 子 失 常 校 正 显 微 镜
(TEAM0.5) 是 美 国 基 础 能 源
科 技 局 、 美 国 伊 利 诺 斯 州 大
学 FEI 与 德 国 CEOS 二 家 显
微 镜 公 司 联 手 开 发 的
美 国 和 日 本 东 京 理 工 大 学 联 手 正 在 打 造 有 竞
争 性 的 S/TEM 显 微 镜 , 将 很 快 胜 过 TEAM 项
目 的 0.5 埃 分 辨 率 和 亚 埃 3D 成 像 能 力

绝 缘 体 电 荷 积 累 的 影 响
绝 缘 衬 底 电 子 束 曝 光
电 荷 积 累 的 问 题

在 PMMA 上 旋 涂 SXAR-PC5000/90.1 导 电 胶
可 有 效 抑 制 绝 缘 体 电 荷 积 累 的 影 响
直 接 在 玻
璃 衬 底 上
曝 光
PMMA 显
影 前 采 用
去 离 子 水
浸 泡 5 分
钟 去 除 导
电 胶 在 电
子 束 曝 光
后 产 生 “
负 胶 ” 变
性 残 留 物
。 SX AR-PC5000/90.1

高 高 宽 比 纳 米 结 构 抗 蚀 剂 图 形 倒 覆 现 象 的 研 究
倒 覆 现 象 防 止 与 利 用 技 术 的 研 究
高 高 宽 比 抗 蚀 剂 图 形
大
气
压
力
液 体 表 面 张 力
大
气
压
力
坍 塌 - 粘 连 的 问 题
“ 梁 摆 动 ” 模 型
HSQ 厚 胶
根 据 杨 氏 模 量 计 算 设 计 有 规 则 图 形 实 现 可 控 颠 覆 制 造 微 结 构
改 变 图 形 的 间 隔 与 形 状
HSQ Fox16
胶 厚 400nm 线 宽 30nm
探 索 超 临 界 流 体
干 燥 技 术
HSQ Fox16
胶 厚 400nm 直 径 30nm

水 的 表 面 张 力 和 毛 吸 力 对 高 深 宽 比 抗 蚀 剂 图 形 的 作 用
及 外 加 电 场 对 干 燥 过 程 中 极 化 的 作 用
于 明 岩
极 性 分 子
杂 乱 无 章
的 布 朗 运 动
交 变 电 场 使 水 极
性 改 变 形 成 高 速
旋 转 有 序 排 列
光 刻 胶 柱 子 间 应 力 计 算
微 波 使 水 进 入 自 旋 的 超
临 界 状 态 降 低 水 的 粘 性

段 辉 高 博 士 高 高 宽 比 抗 蚀 剂 结 构 定 向 倒 覆 实 验 实 例
高 高 宽 比 抗 蚀 剂 图 形
定 向 倒 覆 设 计

复 杂 图 形 的 表 面 张 力 定 向 倒 覆 设 计 实 例
0.9p 1.2p 0.9p
p
~25 nm
0.6p 0.8p 0.6p
500 nm 100 nm
p
500 nm
100 nm
0.9p 1.2p 0.9p
06 0.6p 08 0.8p 06 0.6p
p
500 nm

段 辉 高 博 士 高 高 宽 比 抗 蚀 剂 结 构 定 向 倒 覆 实 验 实 例
100 nm

微 光 刻 技 术 数 据 处 理 及 数 据 转 换 体 系
Computer Aided dDesign (data processing) )&C
Computer
Aided Transcription System for Micro-Lithography
CIF 格 式 中 圆 形 切 割 成 3600
格 式 中 矩 形 的 算 法 研 究
AutoCAD 数 据 到 掩 模 版 图
数 据 的 转 换 及 速 度 优 化
◈ 微 光 刻 技 术 图 形 数 据 类 型
◈ 图 形 数 据 处 理 及 图 形 编 辑 技 术
◈ 特 殊 图 形 数 据 处 理 技 术
◈ 曝 光 图 形 切 割 技 术
◈ 常 用 的 图 形 数 据 格 式 转 换 技 术
◈ 曝 光 图 形 数 据 传 输 技 术

复 杂 微 光 刻 图 形 版 图 设 系 统
胡 勇
介 绍 了 一 种 我 们 自 主 开 发 的 复 杂 微 光 刻 图 形 的 版 图 绘 制 系 统
该 系 统 可 以 方 便 地 和 集 成 电 路 掩 模 版 版 图 编 辑 工 具 软 件 L-EDIT 连 接 , 极 大 地 提 高 了 目 前
集 成 电 路 版 图 设 计 工 具 软 件 绘 图 功 能 , 使 其 更 能 适 用 于 微 电 子 、 微 光 学 、 微 机 械 等 微 光 刻 各 个 领
域 的 复 杂 图 形 设 计 , 是 一 种 实 用 性 很 强 的 软 件 模 块
该 系 统 能 自 动
成 组 地 批 处 理 各 种
圆 环 、 螺 旋 线 、 椭
圆 环 、 波 带 片 、 扇
形 、 条 形 码 等 图 形
以 及 根 据 用 户 输 入
的 任 意 表 达 式 来 生
成 特 殊 形 状 图 形 。
同 时 它 具 有 方
便 的 图 形 形 态 处 理
功 能 , 包 括 图 形 任
意 角 度 的 旋 转 、 旋
转 拷 贝 功 能 ; 重 叠
图 形 和 回 字 图 形 挖
空 并 加 辅 助 线 功 能
; 位 图 格 式 图 形 轮
廓 化 处 理 功 能 及 图
形 切 割 切 块 功 能 等
。
任 意 波 带 片 、 圆 环 自 动 绘 制 编 辑 功 能
任 意 扇 形 、 圆 光 栅 自 动 绘 制 编 辑 功 能
重 叠 图 形 和 回 字 图 形 挖 空 并 加 辅 助 线 功 能
用 任 意 表 达 式 来 生 成 特 殊 形 状 图 形 的 功 能

具 有 DXF 格 式 数 据 输 入 输 出 功 能

下 一 代 光 刻 技 术 NGLNext Generation Lithography
无 掩 模 曝 光 技 术
( ML2 ) CP-ML
电 子 束 直 写 技 术
(EB Lithography,
Direct Writing)
低 能 微 阵 列 电 子
束 直 写 技 术
微 阵 列 波 带 片 成
像 直 写 技 术
低 能 微 阵 列
电 子 束 直 写 技 术
2 - 40Å
同 步 辐 射 X 射 线 光 刻
SCALPEL
13.4nm
FIBL
电 子 束 投 影 曝 光 技 术 极 紫 外 投 影 光 刻 技 术 EUVL 聚 焦 离 子 束 成 象 技 术

其 他 几 种 比 较 有 代 表 性 的 电 子 束 投 影 光 刻 及 无 掩 模 光 刻 的 电 子 束 光 刻 系 统
电 子 束 投 影 光 刻 系 统
Mask-Less Lithography
无 掩 模 光 刻
PREVAIL Alpha Tool (2002)
Nikon EB Stepper NSR-EB1A at
SELETE (2003)
电 子 束 步 进 系 统
MAPPER
PML2
REBL
MSB
PML2 Proof-of-concept
f system(2008)
REBL Nanowriter Test System (2009) Reflective Electronic Beam Lithography
反 射 式 电 子 束 光 刻 系 统

极 紫 外 光 刻 技 术 及 掩 模 技 术
多 层 反 射 膜 结 构
λ =13.4
−13.5nm

纳 米 级 CMOS 器 件 和 电 路 的 研 究
Study and research on Nano-CMOS
devices and circuits
it
纳 米 加 工 与 纳 米 制 造 技 术
Nanofabrication and
Nanomanufacturing Technology
采 用 各 种 传 统 的 和 非 传 统 的 方 法
(Conventional and nonconventional
methods)
进 行 纳 米 结 构 的 加 工 实 验

纳 米 级 CMOS 器 件 和 电 路 的 研 究
照
摩
尔
定
律
继
续
往
缩
小
尺
寸
方
向
发
展
More Moore: Miniaturizatio
on
Bottom UP
130 nm
90 nm
65 nm
45 nm
32 nm
22 nm
.
16 nm
.
11 nm
.
7.5 nm
2024
超 越 摩 尔 定 律 往 多 元 化 方 向 发 展 ,
开 发 新 材 料 、 新 结 构 、 新 工 艺 、 新 机 理 相 融 合
Baseline CMO OS: CPU, Mem mory, Logic
从 下
而 上
合 成
组 装
Analog/RF
More than Moore: Diversification
Passives
SOC 与 SIP
相 结 合 的
高 值 系 统
Information
Processing
Digital Content
System-on-chip
(SoC)
HV
Power
Sensors
Actuators
Interacting with people
and environment
Non-Digital content
System-in-package
(SiP)
系 统 级 芯 片 集 成 技 术
SoC 是 站 在 设 计 的 角 度 出 发 ,
目 的 在 将 一 个 系 统 所 需 的 组
件 , 整 合 于 一 芯 片 上
数 字 化 信 息 集 成
Biochips
先
进
系
统
封
装
技
术
非 数 字 化
结 构 集 成
SiP 是 由 封 装
的 立 场 发 展
, 将 不 同 功
能 的 芯 片 组
装 整 合 于 一
电 子 构 件 中
超 越 目 前 主 流 CMOS 技 术 ,
进 入 后 CMOS 时 代
量 子 态 邻 近 效 应
量 子 点 、 线 、 阱 ; 单 电 子 ; 自 旋 ;
磁 通 量 ; 碳 纳 米 管 ; 石 墨 烯 ;
拓 扑 绝 缘 体 TI ;
铁 基 超 导
2030
王 阳 元 先 生
新 发 现 、 新 突 破 、 新 形 态
物 理 系 、 数 学 、 化 学 、 生 物 学 相 结 合
国 际 半 导 体 路 线 组 织
(ITRS) 发 展 兰 图

光 电 探 测 器
三 维 封 装 技 术
3D package
闪 存
随 机 存 储 器
微 处 理 器 波 导 微 机 械
系 统
砷 化 镓
激 光 器
系 统
封 装
芯 片
光 电
探 测 器
CMOS
系 统 集 成 芯 片
焊
锡
探 测
光 互 连
发 射
电 容 器
铜 布 线
射 频
模 块
微 通 孔
复 合 材 料 基 片

ze [nm]
Feature Si
1000
0.5
0.35
0.25
0.18
100 130nm
源 漏 区 金
属 硅 化 物
工 艺
65nm
对 应 的
物 理 栅 长
0.13
90nm
65nm
45nm
32nm
25nm
18nm
10 13nm
Technology Node
Physical Gate Length
技 术 节 点
45nm
32nm
22nm
1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016 2019
Year in production
超 浅 结
工 艺
应 变 硅
90-65-45nm
2001 年 标 准 CMOS 晶 体 管
和 它 在 2014 年 的 尺 寸 要 求
纳 米 晶 体 管
发 展 趋 势
锗 硅 /IIIV 族 材 料
石 墨 烯
纳 米 线 器 件
新 型
分 裂 栅 鳍 式
场
金 属 栅 效 应 晶 体 管
高 介 电 常 数
栅 极 电 介 质
低 维 材 料 :
多 晶 硅 完 材 料
量 子 点 、 线 、 阱
全 的 合 金
碳 纳 米 管 ,Nature1991
化 的 金 属
石 墨 烯 Science2004
硅 化 物 栅 高 K 介 质 最 小 厚 度
拓 扑 绝 缘 体 TI Science2006
EOT=0.9nm
铁 基 超 导 美 国 化 学 2006
目 前 32 纳 米 工 艺 节 点 下
EOT= 1.2nm

纳 米 制 造 技 术
Nanofabrication Technology
采 用 各 种 传 统 的 和 非 传 统 的 方 法
(Conventional and nonconventional
methods)
进 行 纳 米 结 构 的 加 工 实 验

应 该 借 鉴 微 电 子 和
微 纳 米 加 工 技 术
微 光 刻 技 术 的 发 展 经 验
, 发 展 纳 米 电 子 和 纳 米
制 造 技 术 , 如 果 另 找 捷
微 电 子 技 术 已 经 深 入 到 纳 米 尺 度
IC
径 也 许 反 而 要 走 弯 路 。
材 料 制 备
ICCAD
可 制 造 性 设 计 技 术
纳 米 碳 管
工
集 成 电 路 设 计 技 术
微
石 墨 烯
量 子 点 线 阱
切 磨 抛
集
先 进 掩 模
纳
纳
ZnO 纳 米 棒
平 面 加 工 工 艺
艺
集
光 刻 成 制 造 技 术
微 加
生 物 化 学
成
高 温 电
电 子 束 米 米
光 学 光 刻
微 纳 操 作
氧 化 路
技
电
分 辨 率
光
工
光 刻 技 术
喷 洒 搭 桥
路
扩 散 掩
增 强 技 术
加 科
工
蒸 发 模
修 饰 处 理
波 前 工 程
有 序 生 长 工 艺
镀 膜 制
术
刻 技
艺
工 技
原 子 搬 运
技
溅 射 造 下 一 代
PECVD
术
磁 场 增 强 型 化 学
电 镜 观 察
术
刻 蚀 技 光 刻 技 术
腐 蚀 术
气 相 沉 积
粉 碎 筛 选
CVD 纳 米 光 刻 与 纳 米 制 造 技 术 ALD 检 测 表 征 生 长 合 成
薄 膜
原 子 层 沉 积 自 组 装
生 长
集 成 电 路 先 进 封 装 技 术
Top down
微 电 子 学
Bottom-up
纳 米 电 子 学

自 然 界
人 工 制 造

物 理 学 家 和 工 程 师 们 所 关 注 的 微 纳 米 仿 生 制 造
张 海 霞

张 海 霞
物 理 学 家 和 工 程 师 们 所 关 注 的 微 纳 米 仿 生 制 造

生 长 了 高 产 的 碳 纳 米 管
“ 定 向 ” 生 长 碳 纳 米 管 丛
袁
隆
平
的
高
产
水
稻 灌 木 杉 木 林
自 从 1991 年 Iijima 先 生 发 现 碳 纳 米 管 以 来 , 我 们 是 种 碳 纳 米 管 的 农 民 , 农 民 成 了 一 个 时
髦 的 职 业 。 给 我 们 一 些 金 属 纳 米 颗 粒 做 种 子 , 施 以 含 碳 的 肥 料 , 秋 天 就 可 以 收 获 碳 纳 米 管
! 我 们 以 9 亿 农 民 为 榜 样 。 目 标 是 把 碳 纳 米 管 长 得 像 袁 隆 平 的 超 级 水 稻 一 样 好 !
科 学 媒 体 吹 嘘 了 大 量 的 应 用 。 听 到 他 们 的 吹 嘘 , 作 为 科 研 工 作 者 , 感 到 很 受 鼓 舞 。 然
而 作 为 诚 实 的 农 民 , 我 们 感 到 非 常 地 坐 立 不 安 。 因 为 那 样 意 味 着 我 们 必 须 加 倍 努 力 来 证 明
他 们 的 吹 嘘 是 正 确 的 !
摘 自 : 清 华 大 学 姜 开 利 教 授 的 报 告

石 墨 烯 Graphene 二 维 蜂 窝 状 排 列 的 单 层 碳 结 构
石 墨 烯 有 希 望 与 目 前 平 面 加 工 的 集 成 电 路 制 造 工 艺 相 兼 容
透 明 胶 纸 撕 出 来 的 诺 贝 尔 獎
C 60
石 墨
碳 纳 米 管
富 勒 烯
中 科 院 微 电 子 所 微 波 器 件 与 电 路 研 究 室 ( 四 室 ) 针
对 国 际 前 沿 热 点 石 墨 烯 (graphene) 材 料 及 器 件 开
展 了 创 新 性 研 究 , 在 吴 德 馨 院 士 和 刘 新 宇 主 任 的 大
力 支 持 下 , 金 智 研 究 员 领 导 课 题 组 对 石 墨 烯 材 料 和
器 件 工 艺 展 开 深 入 研 究 , 近 日 成 功 研 制 实 现 了 首 只
石 墨 烯 场 效 应 晶 体 管 (GFET)。 2009.11.30 报 道

开 发 各 种 新 颖 的 、 非 常 规 的 加 工 技 术
• 纳 米 压 印 光 刻 (Nanoimprint Lithogrphy);
• 软 光 刻 (Soft-Lithography);
• 近 场 光 学 光 刻 (near-field optical lithography);
• 接 近 式 电 子 探 针 光 刻 (Proximity Probe Lithography) ;(contact scanning );
• 化 学 与 生 物 接 触 复 印 (Chemical and biological approaches);
• 原 子 力 光 刻 (Atomic power Lithography); (Atom Lithography);
• 全 息 光 刻 (Hologram Lithography) ;
• 干 涉 光 刻 (Interference Lithography)
• 物 质 波 光 刻 (Matter-waver Lithography)
• 表 面 等 离 子 光 刻 (Surface-plasmon-mediated near-field lithography);
• 亚 波 长 近 场 光 刻 (Subwavelength photolithography );
• 量 子 纠 缠 态 光 刻 (quanta entangled state lithography )
• 受 激 发 射 耗 尽 光 刻 (STED;Stimulated Emission Depletion); )
• 基 于 波 带 片 阵 列 的 无 掩 模 光 刻 (Maskless lithography based on the zone plate )
• 光 子 筛 ( 多 孔 结 构 波 带 片 ) 光 刻 (Photon sieve lithography );
• 基 于 偏 振 的 浸 没 光 刻 (Immersion i lithography h based on the Polarization ) ;
• 数 字 光 刻 (Digital lithography) ;
• 反 向 光 刻 (Inverse lithography);
• 喷 墨 打 印 制 造 (Ink-jet fabrication of electronic components)
• 蘸 笔 纳 米 光 刻 术 (Dip-pen nanolithography,DPN)
• 自 组 装 技 术 (Directed Self-Assembly) 等 等 等 等 。

充 分 利 用 光 波 的 基 本 物 理 特 性 挖 掘 光 学 曝 光
技 术 巨 大 潜 力 实 现 光 刻 分 辨 率 增 强 的 技 术
缩 短 曝 光 波 长 : 准 分 子 激 光 光 源 技 术 的 成 熟 ArF (193nm)
改 变 入 射 方 向 : 离 轴 照 明 技 术 的 开 发 OAI
调 制 光 强 分 布 : 光 学 邻 近 效 应 校 正 技 术 的 应 用 OPC
调 整 相 位 分 布 : 移 相 掩 模 技 术 的 突 破 PSM
光 的 干 涉 衍 射 : 光 的 波 前 重 建 工 程 的 应 用 Wavefront reconstruction
光 的 折 射 反 射 : 浸 没 透 镜 等 光 刻 技 术 的 应 用 Immersion
位 相 Phase
波 长
Amplitude 振 幅
Direction 方 向
λ
使 光 学 曝 光 技 术 的 分 辨
能 力 不 断 地 超 越 光 学 理
论 分 辨 率 极 限 , 达 到 亚
波 长 以 至 实 现 达 到 半 波
长 的 加 工 分 辨 能 力

谨 以 此 报 告 献 给 我 的 恩 师 们
以 这 六 位 恩 师 们 为 代 表
影 响 着 我 的 人 生 的 轨 迹
一 个 人 在 一 生 当 中 有 多 少 个 老 师 , 从 幼 儿 园 、 小 学 、 初 中
、 高 中 、 大 学 、 硕 士 博 士 研 究 生 甚 至 博 士 后 , 一 个 又 一 个 老 师
把 咱 们 高 高 举 起 , 他 们 托 起 的 是 希 望 , 留 下 的 是 自 己 , 咱 们 现
在 也 许 已 经 功 名 成 就 , 学 识 、 地 位 可 能 永 远 超 过 他 们 , 可 他 们
有 的 已 经 不 在 人 世 , 有 的 风 烛 残 年 , 有 的 仍 然 在 那 里 默 默 无 闻
地 送 走 一 批 又 一 批 师 弟 师 妹 们 , 一 辈 子 为 学 生 们 做 “ 嫁 衣 ”。
历 史 可 能 会 把 他 们 遗 忘 了 , 可 咱 们 要 牢 牢 地 记 住 他 们 —— 一 个
个 托 举 过 咱 们 的 恩 师 们 ! 微 电 子 所 北 京 大 学
半 导 体 专 门 化
半 导 体 所
福 州 市 仓 山 福 州 第 六 中 学 福 州 高 级 中 学
第 一 中 心 小 学
郑 翠 玉 老 师
我 的 启 蒙 老 师
林 越 老 师
是 他 保 送 到
重 点 高 中
郑 飞 龙 老 师
是 他 把 我
推 进 北 大
王 守 武 先 生
他 把 我 带 到
微 电 子 所
黄 昆 教 授
他 把 我 引 入
半 导 体
林 兰 英 先 生
她 把 一 直
栽 培 着 我

2012 年 中 国 科 学 院 研 究 生 科 学 道 德 和 学 风 建 设 讲 座
做 人 要 正 直 , 做 事 要 勤 奋 ,
做 学 问 ( 科 研 ) 要 踏 实 !
根 据 中 国 科 协 、 教 育 部 、 中 国 科 学 院 、 中 国 社 会 科 学 院 、 中 国 工 程 院 《 关
于 做 好 2012 年 科 学 道 德 和 学 风 建 设 宣 讲 教 育 有 关 工 作 的 通 知 》( 科 协 发 组 字 【
2012】16 号 ) 和 《 中 国 科 学 院 关 于 开 展 科 学 道 德 和 学 风 建 设 宣 讲 教 育 的 通 知 》
科 发 纪 监 审 字 【2012】138 号 文 件 的 精 神 。 我 所 根 据 文 件 精 神 准 备 开 展 普 及 科 学
道 德 规 范 和 树 立 良 好 学 风 的 活 动 。 我 今 天 是 开 头 第 一 讲 , 抛 砖 引 玉 。
这 不 是 说 教 , 也 不 是 于 丹 的 “ 心 灵 鸡 汤 ”, 是 陈 老 师 的 人 生 的 感 悟 , 和 大 家 分 享 分 享
。
交 流 体 会
个 人 意 见
仅 供 参 考
中 国 科 学 院 微 电 子 研 究 所
微 细 加 工 与 纳 米 技 术 研 究 室
电 子 束 光 刻 技 术 公 共 平 台
陈 宝 钦
010-82995580;13661034296; chenbq@ime.ac.cn
IMECAS

华 中 科 技 大 学 校 长 李 培 根 院 土 在 2009 及 2010 年
在 毕 业 典 礼 上 演 讲 的 《 牵 挂 》 和 《 记 忆 》
做 人 要 正 直 , 做 事 要 勤 奋 。
孝 敬 父 母 , 尊 敬 师 长 , 忠 诚 朋 友 。
你 们 中 的 一 部 分 人 , 即 将 踏 入 工 作 的
社 会 , 那 可 是 没 有 在 学 校 那 么 简 单 和 单
纯 。
你 既 需 要 充 分 地 展 示 自 己 , 又 不 能
过 分 地 表 现 自 己 ; 你 既 需 要 尊 重 领 导 和
前 辈 , 又 不 必 刻 意 去 逢 迎 ; 你 既 需 要 有
理 想 和 目 标 , 又 不 能 刻 意 追 求 、 过 于 功
利 ; 你 既 需 要 与 同 事 竞 争 , 更 需 要 与 他
们 协 同 。 亲 爱 的 同 学 , 你 准 备 好 了 吗 ?
我 们 牵 挂 着 。
‥ 低 下 头 , 从 脚 下 最 不 起 眼 的 路 起 步 ‥
亲 爱 的 同 学 , 其 实 , 牵 挂 你 的 人 还 有 很 多 。 你 含 辛 茹 苦 的 父 母 永 远 会 牵 挂 着 你 , 他 们 牵 挂 着 你 的 一 切 。 你 的 老
师 , 包 括 中 小 学 老 师 , 会 牵 挂 着 你 ; 你 的 同 学 将 牵 挂 着 你 。 同 学 , 能 否 不 吝 啬 你 的 牵 挂 ?
亲 爱 的 同 学 , 请 不 要 吝
啬 你 的 牵 挂 。
把 牵 挂 给 予 你 的 父 母 、 亲 人 , 他 们 为 你 付 出 太 多 。
把 牵 挂 给 予 你 尊 敬 的 老 师 , 给 予 你 尊 敬 的 辅 导 员 。 你 的 成 长 中 , 他 们 也 倾 注 了 心 血 。
把 牵 挂 给 予 你 的 同 学 。 同 学 中 有 你 要 好 的 朋 友 。 同 学 之 间 的 友 情 是 最 值 得 珍 惜 的 , 因 为 没 有 任 何 功 利 的 目 的 。
把 牵 挂 给 予 你 未 来 的 同 事 和 朋 友 。 多 设 身 处 地 为 别 人 想 想 , 关 心 、 帮 助 别 人 , 你 将 有 更 多 的 朋 友 , 也 会 得 到 更
多 人 的 帮 助 。
亲 爱 的 同 学 , 请 不 要 吝 啬 你 的 牵 挂 。 留 一 些 牵 挂 给 你 素 不 相 识 的 人 。 留 一 些 牵 挂 给 你 的 母 校 ‥‥

北 京 大 学 赵 凯 华 老 师 在 获 得 “ 物 理 教 学 杰 出 成 就 奖 ” 时 答 谢 词 中 说 到 , 我 们 年 轻 的 时 候 同
行 间 曾 以 郭 沫 若 先 生 “ 丝 、 蜜 、 奶 、 漆 ” 的 比 喻 相 鼓 励 :
蚕 食 桑 而 吐 丝 , 蜂 釆 花 而 酿 蜜 。 淡 薄 名 利 默 默 奉 献
牛 吃 草 而 出 奶 , 树 吸 壤 而 生 漆 。
破 其 卷 而 取 神 , 吮 其 精 而 去 粕 。
融 宇 宙 之 万 有 , 凭 呕 心 之 创 作 。
赵 老 师 一 生 奉 献 普 通 物 理 教 学 事 业 , 畄 下 如 电 磁 学 、 光 学
、 力 学 、 热 学 、 量 子 物 理 、 定 性 与 半 定 量 物 理 、 新 概 念 物
理 、 新 概 念 高 中 物 理 、 物 理 学 照 亮 世 界 经 典 教 材 数 百 万 册
淡 薄 名 利 , 默 默 奉 献 ,
桃 李 万 千 , 师 德 楷 模 !
2010-05-22
于 北 京 大 学

作 为 例 子 : 我 们 利 用 微 纳 米 加 工 技 术 为 航 天 某 部 制
造 的 高 精 度 光 掩 模 均 应 用 在 卫 星 、 运 载 火 箭 、 飞 船 、
遥 控 等 航 空 、 航 天 科 技 。 尽 管 上 述 这 些 工 程 榜 上 通 常
不 会 有 我 们 的 名 字 , 但 我 们 仍 然 觉 得 很 自 豪 。
嫦 娥 、 神 舟 、 长 征
、 北 斗 、 风 云 、
巨 浪 、 东 风 、 红 旗
巨 浪 二 号 ;
风 云 二 号 气 象 卫 星 ;
北 斗 二 号 导 航 卫 星 通 网 测 控 系 统 ;
东 方 红 卫 星 工 程 ;
长 征 运 载 火 箭 助 推 系 统 发 射 装 置 ;
二 代 导 航 卫 星 ( 嫦 娥 ) 测 控 通 讯 应 答 系 统 等 等 。
因 为 留 下 了 我 们 的 背 影 、 指 纹 、 汗 水 和 足 迹 !
我 们 有 多 少 前 辈 就 是 这 样 默 默 无 闻 地 为 祖 国 的 科 技 事 业
做 出 自 己 的 贡 献 !

先 说 美 国 奥 斑 马 , 言 而 无 信 靠 不 住 ,
万 亿 国 债 要 蒸 发 , 扶 他 一 把 反 被 咬 ;
稀 拉 里 那 臭 婆 姨 , 两 面 三 刀 烂 搅 和 ,
挑 拨 离 间 恐 不 乱 , 莱 温 事 件 真 活 该 ! 中 秋 国 庆 八 天 忙 , 亲 友 短 信 未 即 回 ,
阿 基 诺 等 群 小 人 , 乘 期 捣 乱 茅 坑 石 ,
宝 钦 遥 祝 诸 安 康 , 草 拟 打 油 寻 开 心 ;
越 南 更 是 白 眼 狼 , 忘 恩 负 义 脸 不 要 ;
石 原 野 田 闹 购 岛 , 倭 寇 鬼 史 七 百 年 ,
极 右 安 倍 更 张 狂 , 借 尸 还 魂 军 国 梦 ,
贼 心 不 死 需 警 惕 , 后 悔 当 年 东 郭 当 ,
老 美 健 忘 珍 珠 港 , 扶 植 右 翼 会 遭 报 ;
如 今 只 好 备 兵 刃 , 航 母 核 潜 少 不 了 , 国 人 不 要 斗 同 胞 , 政 客 犯 贱 车 无 辜 ,
建 议 二 炮 设 靶 场 , 钓 岛 海 基 点 禁 区 ,
让 人 取 笑 没 素 养 , 亲 痛 仇 快 伤 自 家 ;
两 岸 携 手 保 祖 业 , 寸 土 不 让 理 应 当 ,
当 报 甲 午 一 箭 仇 , 中 华 岂 容 任 欺 辱 ! 海 权 落 后 忍 屈 辱 , 数 十 海 岛 遭 人 抢 ,
目 前 未 须 扣 板 机 , 海 空 实 控 是 关 键 , 我 辈 有 责 保 海 疆 , 祖 宗 基 业 不 能 丢 ;
打 蛇 认 准 砸 七 寸 , 不 必 伤 及 老 百 姓 ;
君 子 报 仇 时 不 晚 , 安 定 和 谐 求 发 展 ,
强 国 富 民 壮 海 空 , 二 十 年 后 谁 敢 欺 !

为 现 代 信 息 科 学 奠 定 基 础 的 物 理 学 家 们
地 点 : 比 利 时 布 鲁 塞 尔 国 际 索 尔 维 物 理 研 究 所 1927
参 与 这 次 会 议 的 29 人 中 , 共 有 17 人 获 得 了 诺 贝 尔 奖 。
85 年 前
1927 年 第 五 届 索 尔 维 量 子 力 学 会 议 ( 布 鲁 塞 尔 )
参 加 者 的 合 影 。 会 议 从 1927 年 10 月 24 日 到 29 日 主 题 是 “ 电 子 和 光 子 ”
会 议 通 过 激 烈 的 学 术 争 论 为 20 世 纪 如 何 理 解 量 子 、 空 间 、 时 间 还 有 原 子 的 结 构 做 出 了 定 义
第 三 排 : 奥 古 斯 特 · 皮 卡 尔 德 、E. Henriot、 保 罗 · 埃 伦 费 斯 特 、Ed. Herzen、Théophile de Donder、
欧 文 · 薛 定 谔 、E. Verschaffelt、 沃 尔 夫 冈 · 泡 利 、 沃 纳 · 海 森 堡 、R.H. 福 勒 、 里 昂 · 布 里 渊 ,
第 二 排 : 彼 得 · 德 拜 、 马 丁 · 努 森 、 威 廉 · 劳 伦 斯 · 布 拉 格 、Hendrik Anthony Kramers、 保 罗 · 狄 拉 克 、
亚 瑟 · 康 普 顿 、 路 易 · 德 布 罗 意 、 马 克 斯 · 波 恩 、 尼 尔 斯 · 玻 尔 ,
第 一 排 : 欧 文 · 朗 缪 尔 、 马 克 斯 · 普 朗 克 、 玛 丽 · 居 里 、 亨 得 里 克 · 洛 仑 兹 、 阿 尔 伯 特 · 爱 因 斯 坦 、
保 罗 · 朗 之 万 、Ch. E. Guye、C.T.R. 威 尔 逊 、O.W. 里 查 森

第 一 排 , 坐 着 的 都 是 当 时 老 一 辈 的 科 学 巨 匠 , 中 间 那 位 当 然 谁 都 认 识 , 那 就 是 爱 因 斯 坦 ,
他 其 实 应 该 算 一 个 “ 跨 辈 份 ” 的 人 物 。 左 起 第 三 位 那 个 白 头 发 老 太 太 就 是 居 里 夫 人 , 她 是
这 张 照 片 里 唯 一 的 女 性 。 在 爱 因 斯 坦 和 居 里 夫 人 当 中 那 位 老 者 是 真 正 的 元 老 级 人 物 洛 伦 兹
, 电 动 力 学 里 的 洛 伦 兹 力 公 式 , 是 与 麦 克 斯 韦 方 程 组 同 等 重 要 的 基 本 原 理 , 爱 因 斯 坦 狭 义
相 对 论 里 的 “ 洛 伦 兹 变 换 ” 也 是 他 最 先 提 出 的 。 左 起 第 二 位 则 是 量 子 论 的 奠 基 者 普 朗 克
, 他 在 解 释 黑 体 辐 射 问 题 时 第 一 次 提 出 了 “ 量 子 ” 的 概 念 。 这 一 排 里 还 有 提 出 原 子 结 合 能
理 论 的 郎 之 万 、 发 明 云 雾 室 的 威 尔 逊 等 , 个 个 堪 称 德 高 望 重 。
第 二 排 , 右 起 第 一 人 是 与 爱 因 斯 坦 齐 名 的 “ 哥 本 哈 根 学 派 ” 领 袖 尼 尔 斯 · 玻 尔 , 玻 尔 第
一 个 提 出 量 子 化 的 氢 原 子 模 型 , 后 来 又 提 出 过 互 补 原 理 和 哲 学 上 的 对 应 原 理 , 他 与 爱 因 斯
坦 的 世 纪 大 辩 论 更 是 为 人 们 津 津 乐 道 。 玻 尔 旁 边 是 德 国 大 物 理 学 家 玻 恩 , 他 提 出 了 量 子 力
学 的 概 率 解 释 。 再 往 左 , 是 法 国 “ 革 命 王 子 ” 德 布 罗 意 , 他 提 出 了 物 质 法 的 概 念 , 确 立 了
物 质 的 波 粒 二 象 性 , 为 量 子 力 学 的 建 立 扫 清 了 道 路 。 德 布 罗 意 左 边 , 是 因 发 现 了 原 子 的 康
普 顿 效 应 而 著 称 的 美 国 物 理 学 家 康 普 顿 。 再 左 边 , 则 是 英 国 杰 出 的 理 论 物 理 学 家 狄 拉 克 ,
他 提 出 了 量 子 力 学 的 一 般 形 式 以 及 表 象 理 论 , 率 先 预 言 了 反 物 质 的 存 在 , 创 立 了 量 子 电 动
力 学 。 这 一 排 里 , 还 有 发 明 粒 子 回 旋 加 速 器 的 布 拉 格 等 。
第 三 排 , 右 起 第 三 人 , 就 是 量 子 力 学 的 矩 阵 形 式 的 创 立 者 海 森 堡 , 测 不 准 原 理 也 是 他
提 出 来 的 。 他 的 左 边 , 是 他 的 大 学 同 学 兼 挚 友 泡 利 , 泡 利 是 “ 泡 利 不 相 容 原 理 ” 和 微 观 粒
子 自 旋 理 论 ( 泡 利 矩 阵 ) 的 始 作 俑 者 。 两 人 同 在 索 末 菲 门 下 学 习 时 , 经 常 不 按 老 师 的 要 求 循
序 渐 进 , 而 是 自 搞 一 套 , 老 师 竟 也 完 全 同 意 并 鼓 励 他 们 这 样 做 。 右 起 第 六 人 , 就 是 量 子
力 学 的 波 动 形 式 的 创 立 者 薛 定 谔 , 量 子 力 学 里 薛 定 谔 方 程 , 就 像 经 典 力 学 里 的 牛 顿 运 动 方
程 一 样 重 要 。 薛 定 谔 还 是 最 早 提 出 生 物 遗 传 密 码 的 人 。 左 起 第 三 人 埃 伦 费 斯 特 爱 因 斯 坦
的 朋 友 , 浸 渐 原 理 的 发 现 者 . 对 量 子 力 学 的 发 展 起 过 积 极 的 作 用 .
以 上 这 些 人 物 , 是 二 十 世 纪 物 理 科 学 的 最 杰 出 代 表 , 他 们 在 量 子 论 和 相 对 论 两 个 方
向 上 所 做 的 贡 献 , 不 仅 彻 底 改 变 了 人 们 的 物 质 生 活 , 而 且 改 变 了 人 类 的 思 维 方 式 和 时 空
观 念 。 在 知 识 界 可 以 这 样 说 , 不 懂 得 这 些 思 想 的 人 , 基 本 上 可 以 视 为 落 后 于 这 个 时 代 。

中 国 科 学 院 微 电 子 研 究 所 研 究 生 讲 座 之 三
魔 方 复 原 的 启 发 --
如 何 做 学 问
中 国 科 学 院 微 电 子 研 究 所
微 细 加 工 与 纳 米 技 术 研 究 室
电 子 束 光 刻 技 术 实 验 室
010-82995580 ;13661034296
chenbq@ime.ac.cn
cn
IMECAS
陈 宝 钦

魔 方 的 启 发
中 国 科 学 院 微 电 子 研 究 所
陈 宝 钦
数 学 群 论 / 排 列 组 合 / 立 方 体 学 ; 高 能 物 理 / 夸 克 / 介 子 / 重 子 / 自 旋 ; 固 体 物 理 / 晶 体 学 ; 材 料 自 组 装 ;
夸 克 =(1/3) 电 子 能 量 正 反 夸 克 为 介 子 ; 三 个 夸 克 为 重 子 ( 形 象 化 教 具 )
培 养 锻 炼 : 毅 力 ; 信 心 ; 空 间 想 象 力 ; 观 察 力 , 记 忆 力 , 创 造 力
1974 年 匈 牙 利 鲁 比 克 发 明 ;1976 年 申 请 的 专 利 ;1977 年 制 造 成 产 品 投 入 市 场 ;
1980 年 风 靡 世 界 后 来 相 继 发 明 更 复 杂 多 样 的 魔 块 ;1981 开 始 进 入 中 国
1982 年 我 在 学 习 摸 索 归 纳 的 基 础 上 总 结 出 本 套 易 记 易 学 的 公 式
三 阶 魔 方 可 能 的 排 列 组 合 = 43,252,003,274,489,856,000 = 4.3 × 10 19 = 4300 亿 亿 种
计 算 机 每 秒 纪 录 100 个 可 能 的 组 合 图 案 大 约 需 要 140 亿 年 的 天 文 数 字 的 时 间
四 阶 魔 方 可 能 的 排 列 组 合 = 7!×24!×24!×3^6/4!^6 = 7.4 × 10 45 =
7,401,196,841,564,901,869,874,093,974,498,574,336,000,000,000 = 74 万 亿 亿 亿 亿 亿 种
1 光 年 = 9.4605284 × 10 15 米 = 约 九 万 四 千 六 百 亿 公 里 ( 光 在 真 空 中 的 速 度 约 30 万 公 里 / 秒 )
启 蒙 探 索 - 勤 学 好 问 - 遵 照 规 律 - 刻 苦 实 践 - 循 序 渐 进 - 总 结 归 纳 - 发 明 创 新
人 生 一 世
启 蒙 熏 陶
求 知 好 奇
钻 研 探 索
父 母 朋 友
学 校 社 会
玩 具 书 本
电 脑 网 络
学 问 学 问
又 学 又 问
虚 心 学 习
不 耻 下 问
师 傅 老 师
一 句 两 句
毕 生 心 血
少 走 弯 路
错 综 复 杂
千 变 万 化
乱 麻 一 团
束 手 无 策
阴 阳 对 称
围 绕 轴 心
抓 住 规 律
迎 刃 而 解
刻 苦 努 力
观 察 实 践
毅 力 信 心
笨 鸟 先 飞
相 信 自 己
不 骄 不 躁
欲 超 他 人
偷 光 刺 股
先 易 后 难
循 序 渐 进
脚 踏 实 地
一 步 一 印
先 爬 后 走
日 后 方 跑
一 步 登 天
没 有 可 能
去 粗 取 精
抓 住 主 要
去 繁 就 简
画 图 列 表
找 到 规 律
总 结 归 纳
举 一 反 三
灵 活 应 用
诺 贝 盖 茨
不 靠 抄 骗
爱 因 斯 坦
刨 根 问 底
红 花 绿 叶
缺 一 不 可
背 瓶 做 嫁
并 不 吃 亏

大 脑 皮 层 与 人 体 对 应 的 部 位 归 一 化 图
人 类 大 脑 每 秒 钟
可 进 行 数 百 万 兆 到
一 亿 个 电 信 号 在 神
经 元 网 络 中 快 速 传
递 。 不 是 简 单 的 二
进 制 运 算 , 而 是 复
杂 的 思 维 认 知 判 断
。
人 类 大 脑 有 1500 亿 个 神 经 细 胞 , 成 人 大 脑
皮 层 中 大 约 成 百 亿 个 神 经 元 , 每 个 神 经 元 可
与 三 万 个 神 经 元 连 接 。
目 前 最 先 进 的 集 成 电 路 相 片 可 有 一 亿 个 晶
体 管 , 而 每 个 晶 体 管 只 要 几 个 连 接 。
人 类 的 脑 神 经 细 胞 数 量 约 有
一 千 五 百 亿 个 。
人 的 一 生 能 凭 记 忆 储 存 100 万
亿 条 信 息 。
每 一 秒 钟 , 人 的 大 脑 中 进 行 着
10 万 种 不 同 的 化 学 反 应 。

魔 方 复 原 技 巧
三 阶 魔 方 和 四 阶 魔 方 最 基 本 的 复 原 公 式
O: 第 一 层 打 地 基 。
完 全 靠 自 己 可 以 实 现 , 先 十 字 后 四 角 。 诀 窍 是 回
避 保 护 。 要 求 一 面 颜 色 完 全 一 致 , 四 面 要 和 中 心 一 致
A: 第 二 层 立 四 柱 。
先 把 恢 复 好 的 第 一 面 放 在 下 面 做 地 基 , 然 后
再 根 据 公 式 操 作 设 法 把 上 层 边 块 调 动 到 中 层 。 诀
窍 是 前 上 边 块 调 动 到 前 左 或 前 右 。
[ 前 上 前 上 前 ] - [ 上 前 上 前 上 ] +
[ 前 上 前 上 前 ] + [ 上 前 上 前 上 ] -
B: 第 三 层 角 块 调 动 。
最 先 上 层 角 块 对 角 互 相 调 动 或 邻 角 互 相 调 动 。
诀 窍 是 先 定 位 , 后 对 准 , 只 管 位 置 不 管 位 相 。
[ 右
+
上
+
右
-
前 -
] 上 2
[ 前
+
右
+
上
-
右 -
] 上
-
[ 右
+ 上
+ 右
- 前 - ] 上 - [ 前
+ 右
+ 上
- 右 - ] 上
2
C: 第 三 层 角 块 顺 时 针 自 转 复 位 。
再 解 决 上 层 角 块 颜 色 对 准 。 诀 窍 把 介 子 组 合
化 为 重 子 或 双 重 子 组 合 。
[ 前
+
上
+
前
-
上 +
][ 前
+
上
2
前
-
上 2
]
前
前
前
前
D: 第 三 层 边 块 调 动 。
根 据 公 式 实 现 上 层 三 个 边 块 互 相 调 动 。 诀 窍 是
只 管 位 置 先 不 管 位 相 , 还 是 先 定 位 后 对 准 的 原 则 。
左 +
[ 前 上 前 上 前 ] - [ 上 前 上 前 上 ] + 左
-
中 国 科 学 院 微 电 子 研 究 所
陈 宝 钦 改 编
右 - [ 前 上 前 上 前 ] + [ 上 前 上 前 上 ] - 右 +
前
E: 第 三 层 边 块 自 转 复 位 。
把 上 前 边 块 旋 转 实 现 颜 色 对 准 。 同 时 会 出 现
中 层 左 前 、 左 后 、 右 后 边 块 也 被 旋 转 , 不 要 害 怕
, 再 对 上 层 另 外 一 边 块 进 行 旋 转 后 会 自 动 复 原 。
前 +
[ 上
+
下 -
] 左
+
[ 上
+
下 -
]
后 +
[ 上
+
下 -
] 右 +
[ 上
+
下 -
]
F: 四 阶 中 心 块 配 对 调 动
前
G: 四 阶 边 块 配 对 调 动
[ 右 内
+
上
+
右 内
-
]
[ 右 内
+
上
-
右 内
-
]
[ 下 内
+
右
+
上
-
右
-
下 内
-
上 +
]
[ 上 内
-
右
+
上
-
右
-
上 内
+
上 +
]
前
前
前
前
前
前
H: 四 阶 上 层 前 后 已 配 对 边 块 互 调
[ 右
2
内 上
2
右
2
内 上
2
上
2
内 右
2
内 上 2
内 ]
I: 四 阶 上 层 前 已 配 对 边 块 翻 转
[ 右
2
内 后
2
上
2
左
+
内 上
2
右
-
内 上
2
右
+
内 上
2
前
2
右
+
内 前
2
左
-
内 后
2
右 2
内 ]
前
前

SQ-1 异 形 魔 方 复 原 技 巧
一 :O 复 原 立 方 体
把 复 杂 的 形 态 根 据 形 态 演 变 图 复 原 到 立 方 体 状 态 , 先 不 考 虑 颜 色 对 准 问 题
二 : 角 块 调 动 程 序 ( 执 行 两 次 复 原 )
A: 上 、 下 层 对 角 同 时 调 动 程 序 : [ 右 2
] [ 上
+
下 -
] [ 右 2
] [ 上
-
下 +
] [ 右 2
]
[\]A: 两 层 右 前 角 与 左 后 角 互 调 , 同 时 左 右 边 块 互 调 , 中 层 变 扇 形 , 执 行 两 次 复 原
[/]A: 两 层 右 前 角 与 左 后 角 互 调 , 同 时 前 后 边 块 互 调 , 中 层 变 扇 形 , 执 行 两 次 复 原
B: 上 层 邻 角 调 动 程 序 : [ 右 2
] [ 下 +
] [ 右 2
] [ 下 -
] [ 右 2
] [ 下 +
] [ 右 2
] [ 下 -
] [ 右 2
]
[\]B: 上 层 右 前 角 与 右 后 角 互 调 , 同 时 右 后 边 块 互 调 ; 下 层 左 前 角 与 右 后 角 互 调 , 前 后 边 块 互 调 , 中 层 变 扇 形
[/]B: 上 层 右 前 角 与 右 后 角 互 调 , 同 时 前 右 边 块 互 调 ; 下 层 左 前 角 与 右 后 角 互 调 , 左 右 边 块 互 调 , 中 层 变 扇 形
三 : 中 层 形 态 互 变 程 序
C: 中 层 扇 形 与 方 形 互 变 程 序 : [ 右 2
] [ 上 2
] [ 右 2
] [ 上 2
] [ 右 2
] [ 上 2
]
[\]C: 专 门 用 于 复 原 中 层 形 态 , 上 下 层 没 有 任 何 变 化 。
四 : 上 、 下 两 层 对 调 程 序
D: 上 、 下 两 层 整 体 对 调 程 序 : [ 右 2
] [ 上
2
下 2
] [ 右 2
] [ 上
+210
下
-210
]
[\]D: 上 、 下 两 层 整 体 对 调 , 中 层 不 动 。 相 当 于 中 层 反 态 ( 左 右 镜 像 )。
E: 上 、 下 两 层 半 片 对 调 程 序 : [ 上
-30
][ 右 2
] [ 上 2
] [ 右 2
] [ 上
+30
]
[\]E: 上 层 左 半 片 与 下 层 右 半 片 对 调 ( 左 右 镜 像 ), 中 层 不 动 。 也 可 以 理 解 成 上 下 层 之 间 两 对 角 块 互 调 。
五 : 边 块 调 动 程 序
F: 上 、 下 两 层 前 后 边 块 交 叉 对 调 程 序 : [ 上
-30
][ 右 2
] [ 上
+30
下
+30
] [ 右 2
] [ 下
-30
]
[\]F: 用 于 上 、 下 两 层 前 后 边 块 交 叉 对 调 ;
[ 上 2 ] [\]F [ 上 2 ]: 用 于 上 、 下 两 层 前 后 边 块 上 下 对 调 ;
[\]F [ 上 +
] [\]F [ 上 -
] : 用 于 上 、 下 两 层 之 间 两 组 三 个 边 块 调 动 ;
后 上 - 左 上 - 前 下 三 边 块 逆 时 针 调 动 ; 前 上 - 右 上 - 后 下 三 边 块 顺 时 针 调 动 。
六 : 边 块 调 动 程 序 活 用 ( 活 用 程 序 B、C 和 D 修 整 )
[\]B[/]B( 相 当 于 B[ 中
+30 ]B):
执 行 一 次 : 上 层 的 前 上 - 右 上 - 后 上 三 边 块 逆 时 针 调 动 ;
下 层 的 前 下 - 后 下 两 边 块 对 调 , 左 下 - 右 下 两 边 块 对 调 动 。
执 行 两 次 : 上 层 的 前 上 - 右 上 - 后 上 三 边 块 顺 时 针 调 动 ; 下 层 不 动 。
执 行 三 次 : 上 层 不 动 ; 只 有 下 层 的 前 下 - 后 下 两 边 块 对 调 , 左 下 - 右 下 两 边 块 对 调 动 。
中 国 科 学 院 微 电 子 研 究 所
陈 宝 钦 原 创 程 序

异 形 SQ-1 魔 螺 与 魔 方 的 比 较
视 觉
单 块
70° 角
单 块
60° 角
单 块
30° 角
两 块 绑 定
110° 角
两 块 绑 定
70° 角
两 块 绑 定
110° 角
上 下 层 七 色 实 际 各 切 成 四 块
中 层 都 是 斜 切 成 两 块
两 块 合 计
90° 角
上 下 层 各
切 成 八 块

谢 谢 !
多 一 点 关 爱 多 一 点 理 解
多 一 点 友 情 多 一 点 亲 情
今 天 你 们 为 是 微 电 子 所 的 研 究 生 感 到 自 豪 ,
明 天 我 们 研 究 所 将 为 有 你 们 而 骄 傲 !