相信大家都有這樣的經(jīng)驗，拍照的時候手抖了，照片很糊，拍照的時候光太強(qiáng)了，照片慘白，拍照的時候光太暗了，黑乎乎的，拍照的時候光也挺好，照的也清晰，照片歪了.....這些情況，拍出來的照片都不理想，根本到不了美顏那步就被pass了，換一張好看的，有木有??！舉手搶答^_^，曝光工藝做不好也可以pass掉沖做，因為光刻膠可以去掉，那就去掉后再重新涂膠，曝光，顯影，但是這些一定是不能發(fā)生在光刻工藝完成了，其他工藝也已經(jīng)做過了的前提下，切忌！一定是在光刻工藝結(jié)束的目檢前來返工重做。

         看到這么美的景色，是不是心曠神怡?。Φ?，光刻工藝的重中之重就是曝光，曝光做的好壞直接決定工藝的好壞成敗哦！下面我們開始詳細(xì)解說。

         為了將曝光工藝講得容易懂一些，我們直接提出曝光的幾個關(guān)鍵問題：不同層次之間的對準(zhǔn)問題，對光刻分辨率有決定因素的光源，數(shù)值孔徑，對工藝穩(wěn)定性其重要作用的焦深。

         （一）對準(zhǔn)問題：

         首先是掩膜版的安裝，雖然這一步不容易出錯，但有的時候出現(xiàn)一定的誤差，也會導(dǎo)致當(dāng)前層次與前層的對位偏差，這個只要操作正確，機(jī)器不出故障，一般不會出問題；

         第一次光刻，說明如下，這里偷個懶，反正都一樣，就截個圖看一下。

        現(xiàn)在稍微先進(jìn)一點(diǎn)的工藝，都是用的ASML光刻機(jī)，其最大的特點(diǎn)是先做一層0層，這一層沒有主圖形任何內(nèi)容，知識在圓片左右兩邊的位置設(shè)置了兩個對準(zhǔn)標(biāo)記，光刻后通過刻蝕，將該區(qū)域的硅刻下去一定深度（視光刻機(jī)對信號的分辨率決定），然后第二層對準(zhǔn)的時候就與這兩個zero mark去對準(zhǔn)，來保證第二層對位的精度。

          稍微落后一點(diǎn)的工藝會用到I-line或者G-line光刻機(jī)，這2種光刻機(jī)其中的一個制造商是日本的Nikon公司，其特點(diǎn)是沒有像ASML這樣的0層，但是，第一層只是像上面說的簡單對準(zhǔn)，但是第二層要與第一層進(jìn)行對位，就必須有一個臺階信號，這個臺階信號一定是越垂直于圓片越好，通常都會先長一層很厚的氧化層，然后把第一層位置打開，腐蝕掉打開位置的氧化層，并注入一層N型或者P型的離子，然后給圓片一個熱過程，同時生長另一厚度的氧化層，氧化層在生長的過程中會消耗襯底的硅，摻雜了離子的區(qū)域生長的速度更快，而被厚氧化層擋住的區(qū)域由于氧氣擴(kuò)散到硅與二氧化硅界面的速度非常慢，厚氧化層的位置實際增加的氧化層有限，即硅向下反應(yīng)的尺寸很小，而摻雜區(qū)域的硅則深入很多，完成這一過程之后，將表面的氧化層全部去除，摻雜區(qū)域與非摻雜區(qū)域就出現(xiàn)了一個臺階，根據(jù)要求，控制臺階深度滿足光刻對準(zhǔn)精度即可。

      對比可知，ASML光刻機(jī)因為是用的0層，直接刻蝕到硅襯底的，臺階角度更垂直，而Nikon光刻機(jī)通過氧化層臺階差做對準(zhǔn)標(biāo)記，顯然對準(zhǔn)精度略差，畢竟氧化層臺階的垂直程度差一些，另外，光刻機(jī)內(nèi)部構(gòu)造也不同，ASML要比Nikon先進(jìn)一些，現(xiàn)在0.35um以下的工藝基本上被ASML所占領(lǐng)了絕對市場，甚至EUV一臺就要1億歐元，頂上小一點(diǎn)的FAB的整體造價了，可見光刻機(jī)的重要性和科技的絕對性。

        回到正題，一般套標(biāo)記圖形有如下圖，黑色圖形對白色框，測量黑色實體4邊距離白色框的4邊距離，就可以知道是否對準(zhǔn)；

         而對位異常時有時候容易看出來，如下圖集中嚴(yán)重的對準(zhǔn)異常情況，當(dāng)對準(zhǔn)位置輕微偏出時，則需要測量對準(zhǔn)尺寸，一般FAB廠會設(shè)置類似游標(biāo)卡尺一樣的游標(biāo)來讀取套刻偏差。

        （二）認(rèn)識光源：  光源對最小分辨率及產(chǎn)出能力有決定性作用 ，因此一定要對光源有本質(zhì)的認(rèn)識。

        兩種常用紫外光源：汞燈和準(zhǔn)分子激光

         下圖是高強(qiáng)度汞燈發(fā)射光譜，我們選擇不同波長作為光刻機(jī)的光源，對應(yīng)的光刻機(jī)分別稱之為G-line，H-line，I-line，DUV，波長越長，工藝能力越差，做出來的最小尺寸越大，工藝越落后，所以，6寸常用G-line和I-line，8寸和12寸FAB則主要用DUV和準(zhǔn)分子激光，對比準(zhǔn)分子激光和其他G-line，I-line光源，可以發(fā)現(xiàn)248nm的DUV的光源強(qiáng)度非常低，這對于生產(chǎn)效率會是大大的降低，因為強(qiáng)度不夠，就只能增加曝光時間，從而降低了單位時間的產(chǎn)出，因此，進(jìn)入納米時代，光源基本用的都是248nm的KrF準(zhǔn)分子激光，或者193nm的ArF激光。

（三）數(shù)值孔徑與分辨率：光通過狹縫會發(fā)生衍射，透鏡能夠俘獲一些衍射光，透鏡收集衍射光的能力叫做透鏡的數(shù)值孔徑（NA）。

  可見，當(dāng)透鏡的直徑增大，透鏡對衍射光的俘獲能力增強(qiáng)，而光刻機(jī)的分辨率計算公式如下：

 R=kλ/NA

           K表示特殊應(yīng)用因子范圍是0.6-0.8

   λ是光源波長

   NA是曝光系統(tǒng)的數(shù)值孔徑

   因此，增大數(shù)值孔徑可以減小光刻機(jī)最小分辨的尺寸，是有利方向，但是NA是機(jī)器的參數(shù)，會受到空間的限制，一般做到0.6也就差不多了，帶入K=0.6，λ=193nm，NA=0.6,可以算出R=193nm，即最小尺寸是193nm，遠(yuǎn)大于我們常見的幾十納米工藝的水平，因為在此基礎(chǔ)上，又發(fā)展出了各種增強(qiáng)分辨率的技術(shù)，如，相移掩膜版（PSM），光學(xué)臨近修正（OPC），甚至現(xiàn)在的浸潤光刻，以及在32nm以下工藝用spacer作為hard mask的新方法，還有對關(guān)鍵層進(jìn)行2次光刻的方法等等，都使得光刻的分辨率在193nm準(zhǔn)分子激光光源的基礎(chǔ)上做到了32nm以下的分辨率，這些新工藝方法，以后有機(jī)會再做討論。

   （四）焦深（DOF）：焦點(diǎn)周圍的一個范圍，在這個范圍內(nèi)，圖像連續(xù)保持清晰，示意圖如下，計算公式也列在了里面，可見，波長越短，焦深越小，對于光刻膠越厚的工藝越難做，這個就是我們常說的Focus，調(diào)整foucs位置，會對光刻膠的形貌產(chǎn)生影響，如果焦深不足，調(diào)整的foucs過大的時候很可能會造成圖形畸變，從而導(dǎo)致套刻精度降低，甚至因為圖形異常而失效。

     以上是光刻的基本概念，需要有一個初步的概念，然后才能更深入的理解光刻中常見問題及處理異常問題的手段 。