相信大家都有這樣的經驗，拍照的時候手抖了，照片很糊，拍照的時候光太強了，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生在光刻工藝完成了，其他工藝也已經做過了的前提下，切忌！一定是在光刻工藝結束的目檢前來返工重做。

         看到這么美的景色，是不是心曠神怡啊！對的，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鍵問題：不同層次之間的對準問題，對光刻分辨率有決定因素的光源，數值孔徑，對工藝穩定性其重要作用的焦深。

         （一）對準問題：

         首先是掩膜版的安裝，雖然這一步不容易出錯，但有的時候出現一定的誤差，也會導致當前層次與前層的對位偏差，這個只要操作正確，機器不出故障，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。

        現在稍微先進一點的工藝，都是用的ASML光刻機，其最大的特點是先做一層0層，這一層沒有主圖形任何內容，知識在圓片左右兩邊的位置設置了兩個對準標記，光刻后通過刻蝕，將該區域的硅刻下去一定深度（視光刻機對信號的分辨率決定），然后第二層對準的時候就與這兩個zero mark去對準，來保證第二層對位的精度。

          稍微落后一點的工藝會用到I-line或者G-line光刻機，這2種光刻機其中的一個制造商是日本的Nikon公司，其特點是沒有像ASML這樣的0層，但是，第一層只是像上面說的簡單對準，但是第二層要與第一層進行對位，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，摻雜了離子的區域生長的速度更快，而被厚氧化層擋住的區域由于氧氣擴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，即硅向下反應的尺寸很小，而摻雜區域的硅則深入很多，完成這一過程之后，將表面的氧化層全部去除，摻雜區域與非摻雜區域就出現了一個臺階，根據要求，控制臺階深度滿足光刻對準精度即可。

      對比可知，ASML光刻機因為是用的0層，直接刻蝕到硅襯底的，臺階角度更垂直，而Nikon光刻機通過氧化層臺階差做對準標記，顯然對準精度略差，畢竟氧化層臺階的垂直程度差一些，另外，光刻機內部構造也不同，ASML要比Nikon先進一些，現在0.35um以下的工藝基本上被ASML所占領了絕對市場，甚至EUV一臺就要1億歐元，頂上小一點的FAB的整體造價了，可見光刻機的重要性和科技的絕對性。

        回到正題，一般套標記圖形有如下圖，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；

         而對位異常時有時候容易看出來，如下圖集中嚴重的對準異常情況，當對準位置輕微偏出時，則需要測量對準尺寸，一般FAB廠會設置類似游標卡尺一樣的游標來讀取套刻偏差。

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

        兩種常用紫外光源：汞燈和準分子激光

         下圖是高強度汞燈發射光譜，我們選擇不同波長作為光刻機的光源，對應的光刻機分別稱之為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和準分子激光，對比準分子激光和其他G-line，I-line光源，可以發現248nm的DUV的光源強度非常低，這對于生產效率會是大大的降低，因為強度不夠，就只能增加曝光時間，從而降低了單位時間的產出，因此，進入納米時代，光源基本用的都是248nm的KrF準分子激光，或者193nm的ArF激光。

（三）數值孔徑與分辨率：光通過狹縫會發生衍射，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值孔徑（NA）。

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

 R=kλ/NA

           K表示特殊應用因子范圍是0.6-0.8

   λ是光源波長

   NA是曝光系統的數值孔徑

   因此，增大數值孔徑可以減小光刻機最小分辨的尺寸，是有利方向，但是NA是機器的參數，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，遠大于我們常見的幾十納米工藝的水平，因為在此基礎上，又發展出了各種增強分辨率的技術，如，相移掩膜版（PSM），光學臨近修正（OPC），甚至現在的浸潤光刻，以及在32nm以下工藝用spacer作為hard mask的新方法，還有對關鍵層進行2次光刻的方法等等，都使得光刻的分辨率在193nm準分子激光光源的基礎上做到了32nm以下的分辨率，這些新工藝方法，以后有機會再做討論。

   （四）焦深（DOF）：焦點周圍的一個范圍，在這個范圍內，圖像連續保持清晰，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，調整foucs位置，會對光刻膠的形貌產生影響，如果焦深不足，調整的foucs過大的時候很可能會造成圖形畸變，從而導致套刻精度降低，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 。