圖3 雙光束光刻示意

雙光束光刻技術需要配置特制的光刻膠以對2束光產生不同的響應，對于第1束激發光而言，作用是讓光刻膠產生聚合，并且光強和聚合程度成正比。光刻膠對第2束光的響應要求是在激發光光強不為零的情況下，才對第2束光有抑制曝光作用。因此即便第2束光的光強較強，激發光光強為0時，光刻膠也不響應，此時單體不發生聚合。同時，在第1束光光強不為0的情況下，第2束光光強越強，光刻膠的曝光程度越低。光刻膠材料要想實現2束光的不同響應，關鍵在于引發劑的選擇。因為引發劑是決定單體聚合程度的重要因素，一般情況下引發劑在光的作用下發生激發進而產生激發態中間體（自由基），其再與單體作用發生聚合反應進而產生樹脂固體，顯影后得到目標圖案，這一過程和EUV光刻機的光刻膠作用機理是一致的，且光刻膠的曝光程度與光強成正比，因為光強越強，激發產生的自由基數量越多。但是雙光束超分辨光刻技術的第2束光的作用是將激發態的引發劑分子通過受激輻射的方式，使其躍遷回更低的能級，從而喪失和單體的反應能力。另外，激發波長應選在所用引發劑材料激發譜的峰值波長附近，以保證較好的吸收；抑制光波長應選在所用引發劑材料激發譜的長波拖尾處，以避免損耗光對樣品的二次激發。同時受激輻射使得處于高能態的分子躍遷到低能態，其躍遷的速度與產生受激輻射效果的第2束光的光強成正比，第2束光光強越強，理論上高能態分子躍遷回低能態的比例越高。

值得一提的是，雙光束超分辨光刻技術作為對傳統紫外光刻技術的改良，繼承了后者的大部分基礎設施，實現了技術上的平滑過渡。這種技術通過引入額外的長波光源和光路，對現有的短波長光源進行波長調整，而核心的微縮投影曝光技術保持不變。這樣，在不犧牲已有工業光刻經驗的前提下，能夠以較低成本對產線設備進行升級和替換。在具體實施上，雙光束超分辨光刻技術要么通過改變現有光源的波長并添加新的光路，要么在現有紫外光刻機上直接增加新的光路。新加入的光路在完成投影曝光圖案的調制之后，與第1束光合束，對傳統單光束光刻機不造成任何影響。因此，這項技術能夠充分利用現有的光刻資源。EUV光刻機的優勢是具有更高的光刻分辨、生產效率高、光刻工藝簡單。但是，EUV光刻機也存在許多問題，例如耗能巨大、能量利用率低、光學系統設計與制造復雜，以及將要到達摩爾定律的極限等。雙光束光刻技術在特制的光刻膠中可以得到9nm的分辨率，雖然不及EUV光刻機3~7nm的分辨率，但是設備的搭建簡易，光源為可見光，并且由于EUV光刻機的技術被封鎖，因此，對雙光束超分辨技術的掌握是十分有必要的。

在合束環節，長波光源的引入只需添加一個特殊的雙色鏡，它能夠使第1束光不受影響地通過，同時引導第2束光耦合進入第1束光的光路，共同進入光刻投影物鏡。此方法確保了與現有紫外光刻技術的完全兼容性，避免因技術顛覆帶來的高昂成本問題，從而為工業界接受該技術提供堅實的基礎。因此，在產能、分辨率和套刻精度方面，雙光束超分辨光刻技術水平與現有的EUV光刻機持平，展現出其作為技術升級路徑的可行性和優勢。

雙光束超分辨光刻技術的問題與挑戰

一方面，2束光束的對準是雙光束超分辨光刻技術取得超分辨光刻效果的關鍵，對準涉及到2個方面。一是如何確保2束光的中心完全重合。雙光束超分辨光刻技術采用第2束光的核心目的是對第1束光產生的衍射邊緣進行修正。在一般情況下，將2束光各自產生的光斑對準的關鍵是其相對位置是否對齊。可以通過調整光學系統中的雙色鏡，使得第2束光的位置相對第1束光的位置發生改變，并最終完全對齊。在這個過程中，精確測量每個光斑的位置光強分布，并通過光學系統來調整兩者的相對位置是完全可行的。二是光刻設備隨著時間的推移難以長時間保持對準。在理想狀態下，2個光斑的相對位置是不會發生變化的。然而，光刻設備在受到外界環境，例如振動、溫度改變等多因素的影響時，相對位置可能會發生一定程度的偏移，導致2束光分離。為了解決這一問題，光刻設備的各光學元件的位置移動和形狀改變程度必須降到最低，確保雙光束產生相應的抑制效果。