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一、光刻加工技术
光刻作为微纳结构制备工艺流程中最为核心的步骤，通过光学手段，将特征图形转移至基底表面光刻胶涂层，结合后续显影、刻蚀等多道工艺流程，实现特征图形或结构的制备，决定了微纳器件的特征尺寸、质量以及性能。
随着信息技术的快速发展，要求微纳结构器件特征朝着高精细化、高集成度、结构复杂化等方向演化，传统微纳加工技术不能满足这种制备需求。而光刻技术，能够实现微米及以下尺度特征线宽或结构的加工，在批量制备微纳器件、探索新型器件结构等方面具有更大的潜力与优势，已被广泛应用于集成电路、MEMS、微纳光学元件、光电子器件等领域。
根据光学原理的不同，光刻技术分为有掩模光刻技术和无掩模光刻技术。
其中，有掩模光刻技术包括接近/接触式光刻技术和主流的投影光刻技术。
无掩模光刻技术又称为直写光刻技术，主要包括电子束直写光刻、离子束直写光刻及激光直写光刻技术等。
二、接近/接触式光刻技术
接触式光刻技术出现于20世纪60年代
在光刻工艺中，掩模板与晶圆表面的光刻胶直接接触，通过控制光源快门，一次实现整个基片的曝光，并不受光学衍射效应影响，直接实现曝光图形与掩模板特征图形1:1转移，其特征尺寸可达亚微米级。
然而，直接接触的方式，使得基片与掩模板之间的摩擦容易形成划痕，产生颗粒沾污，降低加工良率及掩模板的使用寿命，导致该技术在批量生产中成本急剧增加。
因此，为了克服接触式光刻技术的缺陷，接近式光刻技术随之产生，它是通过控制掩模板与基片之间的间隔，以避免接触导致的掩模板及基片损坏，降低了掩模板的制造成本，同时提高了光刻良率。
但是随着特征尺寸缩减，接近式光刻技术因间隙影响，光学衍射效应加剧，导致光刻分辨率低于接触式光刻，其极限分辨率仅为 3 μm～5 μm，无法完全满足微光学元件的高精度面形、小口径尺寸的加工需求。
三、光学投影光刻技术
在接近/接触式光刻的基础上，光学投影光刻技术基于光学成像的原理，通过投影物镜将掩模特征图形按一定缩放比例成像到基底表面。
带有特征图形的石英掩模板被放置在投影物镜上方的掩模台上，涂有光刻胶的基片放置在投影物镜下方焦面处的工件台上，曝光时紫外照明光源依次通过掩模、物镜照射到光刻胶表面。
经显影、后烘、刻蚀（镀膜或扩散）等工艺，实现微纳图形的制备。
与传统的接近/接触式光刻技术相比，其掩模与基片之间不接触，两者之间增加投影光刻物镜，有效避免掩模与基片接触带来的损伤及污染问题。同时，避免了接近/接触式光刻系统中掩模-基片之间因曝光间隙引起衍射效应导致的成像质量下降问题。
投影光刻系统主要分为步进-重复式投影光刻系统、步进-扫描式投影光刻系统以及扫描式投影光刻系统三种。
四、掩模移动光刻技术
该方法将掩模特征图形设计成单开孔形状，在曝光过程中，掩模和基底材料之间进行相对运动，在基底光刻胶材料上，获得连续的曝光剂量分布，再经显影、刻蚀等工艺后形成连续的二元位向元器件。
由于初期掩模特征图形结构简单，且曝光时掩模-基片的相对运动仅为旋转移动，基底材料上形成的曝光剂量分布简单，使得该方法可加工的器件种类单一、生产效率低。
后来，科研人员提出了一种基于接近式光刻的掩模移动曝光方法。
通过该方法制作的多种口径大小的微光学元件，曝光过程不存在深度和大小的限制，简化了工艺过程，提高了微纳结构制备的精度和效率，可适用于多种微光学元件的制备。
五、灰度掩模光刻技术
在光刻技术中，掩模由透光和不透光的特征图形构成，其曝光过程无法直接控制光刻胶图形的深度。因此，用光刻方法制备三维微纳结构，低效又耗时。而灰度掩模的提出，很好地解决了上述问题。
该掩模以光密度透过率轮廓图的形式，对三维微纳结构形状进行编码，光透过率分布决定了光刻胶或其他敏感材料的曝光剂量分布。灰度掩模与光刻技术的结合，形成了目前较为成熟的灰度掩模光刻技术（Gray Scale Lithography），利用光刻胶在低剂量曝光下不完全显影的特性，在不同区域进行不同的曝光剂量，从而获得3D光刻胶结构，只需一次曝光即可获得具有连续三维轮廓的微纳结构，可以用于快速制作部分三维微纳器件。
六、直写光刻技术
电子束直写光刻技术、离子束直写光刻技术和激光直写光刻技术等无掩模光刻技术为直写光刻技术，是使用紫外光或电子束，根据图形布局，直接写入光刻胶或电子刻蚀胶上，结合光化学反应，将图案直接转移到基片表面。
与有掩模光刻技术不同，该技术不需要物理的特征图形母版（掩模板），在光刻过程中一次性完成图形转移，不需要多次涂胶、曝光、显影以及刻蚀等工艺过程，具有加工误差小、精度高的优势，是一种具有广阔应用前景的光刻技术。
相比于接近/接触式光刻技术，该技术具有更高分辨率，主要用于光刻掩模板制作、硅片直写和纳米科学技术等方面的研究。
虽然电子束直写光刻和离子束直写光刻具备较高的加工分辨率，但加工类型一般多用于二维几何图形的加工。另外，与有掩模光刻技术相比，该类直写光刻技术在生产效率方面有很大的局限性。
与上述两种直写光刻技术相比，在不使用掩模板的情况下，激光直写技术利用一束强度可调控的激光束，在抗蚀材料表面可以调控曝光剂量，经显影、刻蚀等工艺后可获得三维微纳结构，广泛应用于超精密加工领域。
该方法能够实现高精度的加工且不需要掩模板，适用于多种类型材料的加工。然而，该技术的的加工效率较低，设备成本高昂，不适合微光学元件的大批量制备。
七、光刻胶热回流技术
在微纳加工中，光刻胶热回流技术是基于光刻技术的工艺方法，其成本低、过程简单、设计灵活，能够将初始图案结构重塑为新轮廓。
该技术是利用涂胶-曝光-显影的工艺流程，在基底材料上形成圆柱或特殊形状的圆柱阵列。显影之后，借助热板、烘箱等加热装置，对光刻胶圆柱阵列结构进行加热，当加热到光刻胶玻璃化温度时，光刻胶柱内部会慢慢开始融化并具有流动性。
随着温度的不断升高，光刻胶柱在表面张力的作用下，从初始的圆柱轮廓逐步变形到中间形态轮廓，最后形成圆弧外形的轮廓。
八、总结
随着大规模集成电路的集成度越来越高、特征图案尺寸越来越小，对光刻系统的最小分辨率、图形套刻精度以及产率提出了更为严格的要求。为满足集成电路市场对工艺节点的需求，科研人员深入研究探索投影光刻系统的潜力，例如增大数值孔径、缩短曝光波长，以提高光刻分辨率，同时采用离轴照明技术、光学邻近效应优化以及相移掩模等分辨率增强技术优化光刻工艺因子，以实现高成像质量。
参考文献：
(1)龚健文 投影光刻加工微光学元件及面形控制方法研究[D].
(2)尚红波 浸没光刻投影物镜光学设计与像差补偿研究[D].
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(4)李雪平 面向光刻机浸没系统设计的介观尺度流场扰动解析与抑制方法研究[D].
