投影式光刻機一般采用步進-掃描式曝光。光源并不是一次把整個掩模上的圖形投影在晶圓上，曝光系統通過一個狹縫式曝光帶（slit）照射在掩模上，如1（a）所示。載有掩模的工件臺在狹縫下沿著一個方向移動，等價于曝光系統對掩模做了掃描，如圖1（b）所示。與掩模的掃描同步，晶圓沿相反的方向以1/4的速度移動。現代光刻機中，掩模掃描的速度可以高達2400mm/s，對應的晶圓移動速度是600mm/s。較高的掃描速度可以縮短曝光時間，從而提高光刻機的產能。

（d）掩模狹縫投影成像原理

圖1 步進-掃描式光刻機曝光方式示意圖

曝光掃描結束后，曝光系統步進式移動到下一個位置。圖1（c）是步進和掃描運動的示意圖。為了盡量減少晶圓等待曝光時間，步進移動一般是按照一個蛇形路徑進行的。完成一次掃描以后，曝光系統并不復位，而是在下一位置反方向掃描。目前先進光刻機都是步進-掃描的，簡稱“scanner”。光刻機的供應商主要有荷蘭的ASML，日本的Nike與Canon。

先進步進-掃描式光刻機所能支持的最大曝光區域面積是26mm*33mm；步進式光刻機的曝光區域只有22mm*22mm。然后，實際芯片可能小于這個尺寸，光刻機的曝光區域必須能夠隨之調整。也可以把幾個不同的版圖放在同一張掩模板上，這樣一個曝光區域中就可以有幾個不同的器件設計，最終制備成幾個不同功能的芯片，如圖3.3所示。這里有幾個概念特別澄清一下：

1)網格，按照曝光區域把晶圓表面分成若干大小相同的矩形區域的網格；

2)每一個網格內的區域被稱為一個單元；

3)每一個單元里有一個曝光區域，曝光區域的面積比單元略小一些。每一次曝光又稱為一個“shot”[1] 。

大規模集成電路的生產要求是大批量，這樣才能降低成本。掩模對準式不能適應這一需要，因而很快就被投影式曝光取代。投影曝光分為1:1投影式曝光與縮小投影曝光。1:1投影曝光通過光學成像的方法將掩模圖形投影到硅片表面，圖像質量完全取決于光學成像系統，與掩模到硅片之間的距離無關。這樣就克服了前面提到的接近曝光中光學成像不一致的特點[2]。

參考文獻：

[1]《超大規模集成電路先進光刻理論與應用》，韋亞一著，科學出版社，2016年，79-81；

[2]《微納米加工技術及其應用》，崔錚著，高等教育出版社，2013年，20-21；

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