写在前面
光刻决定图形“放在哪里、长什么样”，但曝光机不会直接在硅上刻出晶体管。它把掩模图形投影到感光材料，形成供后续刻蚀、注入或沉积使用的临时掩模。
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一、光刻胶如何记录图形
光刻胶是对光或辐射敏感的聚合物体系。正胶的曝光区域在显影时更易溶解，负胶则相反。实际胶材还包含光酸发生剂、溶剂和添加剂，曝光后的化学反应与烘烤共同决定最终图形。
涂胶前要控制表面洁净度和润湿性；旋涂决定膜厚与均匀性；边缘去胶避免背面污染和搬运问题。胶厚不是越薄越好：薄胶利于分辨率，却必须承受后续刻蚀。
二、曝光系统做了什么
步进扫描式曝光系统把 Reticle 上局部图形缩小投影到晶圆一个曝光场，并通过晶圆台和掩模台同步扫描覆盖整片晶圆。
影响成像的核心量包括波长、数值孔径和工艺因子。更短波长、更高 NA 通常有利于分辨更小图形，但景深、光学复杂度、掩模效应和成本也随之变化。
- DUV 使用深紫外光，干式和浸没式系统仍承担大量关键与非关键层；
- EUV 使用 13.5 nm 波长，在真空中通过反射光学传输；
- High-NA EUV 将数值孔径从 0.33 提高到 0.55，以继续扩展分辨能力。
EUV 波长为 13.5 nm，不代表只能打印 13.5 nm 图形，也不代表节点尺寸等于波长。实际能力来自光学、掩模、光刻胶、计算模型和过程控制的整体协同。
三、Focus、Dose 与 Process Window
- Focus 决定晶圆表面是否位于最佳成像平面；
- Dose 决定光刻胶接收的曝光能量；
- 两者共同影响 CD、侧壁和缺陷。
工程上会通过 Focus-Exposure Matrix 寻找满足 CD 和图形质量要求的窗口。晶圆翘曲、膜层形貌、胶厚、设备漂移和掩模差异都会消耗窗口。
因此自动对焦、调平、晶圆台定位、光源稳定和曝光场间校正都是光刻系统的重要组成，不只是镜头分辨率。
四、Overlay 为什么难
芯片由许多层叠加而成，新图形必须与已有图形对准。Overlay 误差可能来自：
- 晶圆平移、旋转和缩放；
- 掩模与晶圆形变；
- 镜头像差和扫描动态误差；
- 工艺引起的晶圆应力与非线性畸变；
- 对准标记损伤或信号变化。
设备通过对准标记、模型拟合和场级校正减少误差。Overlay 是统计分布，不应只看单个点或单个最大值。
五、计算光刻与 OPC
当图形接近成像极限时，晶圆上的结果不会忠实复制掩模几何。光的衍射、邻近图形和工艺过程会使线端缩短、拐角圆化或密集与孤立图形偏差。
OPC 会有意修改掩模形状，使经过光学与工艺系统后得到目标晶圆图形。计算光刻还包含光源掩模协同优化、模型校准和热点检查。掩模看起来“不像目标图形”可能正是为了晶圆结果更像目标。
六、常见缺陷与量测
光刻相关异常包括未显影、胶残留、桥连、断线、塌胶、颗粒、曝光场拼接和 CD 漂移。常见控制手段包括：
- 胶厚与均匀性量测；
- 显影后检查；
- CD-SEM 或光学 CD；
- Overlay 量测；
- 缺陷检测与热点复查；
- 曝光设备和 Track 的传感器数据。
显影后合格也不保证刻蚀后合格，因为胶图形还会在刻蚀中发生收缩和形貌变化。
七、小结
- 光刻在光刻胶中生成临时图形，真正材料结构由后续工艺完成。
- 分辨率来自波长、NA、光刻胶、掩模、计算模型和过程控制共同作用。
- Focus、Dose 和 Overlay 是量产控制的核心维度。
- OPC 的目标是修正完整成像链，而不是让掩模外观好看。