光刻機

在半導體技術中，步進機（也稱為晶圓步進機）是一種用于光刻膠層光刻結構化的系統或功能原理，是集成電路復雜生產中最重要的子工藝之一，也稱為作為微芯片。 步進機最重要的特征是使用掩模以幾個相等的步驟曝光晶圓。 晶圓是薄的半導體圓盤，其表面構建有集成電路。其他曝光方法是 1:1 曝光（參見掩模對準器）和使用掃描儀系統曝光。

半導體技術中使用的曝光系統的任務是將光掩模（掩模版）上的結構轉移到應用的光刻膠（抗蝕劑）層上。 這種結構化的光致抗蝕劑層然后用作后續工藝的接觸掩模，例如蝕刻下面的材料或選擇性涂層。這種轉移的重要標準是盡可能高的結構保真度，即轉移掩模的二維幾何形狀的精確程度，以及相對于以前的結構級別的高定位精度，請參見覆蓋（半導體技術）。

在直到 20 世紀 70 年代末的微電子學早期，這種結構轉移（光刻膠的曝光）是在整個窗格曝光中進行的。 光刻膠層一次曝光在整個晶圓上（當時最大直徑為100mm）。 光掩模與晶圓一樣大，掩模上的特征與晶圓上所需的特征一樣大（1:1 投影曝光）。 隨著晶圓上結構的不斷微型化和更大晶圓的使用，出現了越來越多的問題，例如掩模上結構的生產以及掩模尺寸。

步進原理的使用與全窗格曝光相比具有許多優勢：現在可以使用縮小光學器件（通常為 5:1），因為仍然可以使用的掩模的最大尺寸保持不變。 口罩上更大的結構也意味著對口罩本身的要求更低，這體現在更低的生產成本等方面。 此外，由光學系統或掩模上的顆粒引起的缺陷變得不那么嚴重，因為大多數顆粒不在成像系統的焦點內，因此無法清晰地成像，它們也減少了光源的使用隨著越來越短的波長，結合曝光系統（例如浸沒式光刻）和分辨率增強技術 (RET) 的進一步改進，可以生產更小的結構寬度到 7 納米及以下。 類似的工藝也用于 EUV 光刻以實現更小的結構寬度。

與前面提到的整盤曝光相反，光掩模的結構并沒有通過步進器一步轉移到整個晶圓。 相反，完整布局的特定部分，例如單個芯片或多個芯片（最多 50 個或更多，取決于芯片尺寸）的結構，是一個接一個地打印出來的轉移到晶圓的不同位置。 這種分步傳遞的過程因此得名，嚴格來說，這就是分步重復原理。

基于分步掃描原理的曝光系統與基于分步重復原理的系統的工作方式類似。 在每一步中，只有整個晶圓的一部分被曝光，掩模被光學系統以較小的尺寸（通常為 4:1）成像。 兩種方法的區別在于截面的暴露程度。 與采用步進重復原理的步進器相比，掩模僅在窄條中被照亮并在該燈條下方移動，類似于行掃描儀或復印機的情況。 使用此原理的系統通常也簡稱為“掃描器”。 最遲自 20 世紀 80 年代中期以來，基于掃描儀原理的 1:1 投影曝光系統就沒有在前端使用過，但由于在分辨率范圍從 1 μm 到 3 μm 應用。 自 20 世紀 90 年代中期以來，步進掃描原理一直是現代集成電路制造中的首選曝光原理。