光刻機是現(xiàn)代集成電路（IC）制造中最關鍵的設備之一，其主要作用是將芯片設計圖案精準轉印到硅片表面上的光刻膠層中，為后續(xù)的蝕刻、離子注入等工藝做準備。這個過程雖然看似簡單，卻融合了光學、化學、機械控制、材料科學等多個高精尖技術，是半導體制造中工藝最復雜、精度要求最高的步驟之一。

一、光刻流程的總體步驟

整個光刻流程主要包括以下幾個關鍵步驟：

涂膠（Spin Coating）

軟烘烤（Soft Bake）

對準與曝光（Alignment and Exposure）

顯影（Development）

硬烘烤（Hard Bake）

圖案檢查與修正

二、詳細流程講解

1. 涂膠（Spin Coating）

這是光刻的第一步。硅片（Wafer）表面會先被清洗干凈，然后通過旋涂（Spin Coating）方式，在其表面涂上一層均勻的感光材料——光刻膠（Photoresist）。

通過高速旋轉（通常達到每分鐘3000~6000轉），光刻膠會在離心力作用下形成一層厚度僅幾十到幾百納米的均勻薄膜。光刻膠是對光敏感的高分子材料，是整個圖案轉移的“感光底片”。

2. 軟烘烤（Soft Bake）

涂完光刻膠后，要對硅片進行低溫烘烤（一般在90~120℃），以蒸發(fā)掉光刻膠中的溶劑，使光刻膠層更穩(wěn)定、附著更好，為曝光做好準備。這一步的控制會直接影響后續(xù)圖形的分辨率和完整性。

3. 對準與曝光（Alignment and Exposure）

這是整個光刻工藝的核心步驟。在這一步中，光刻機將芯片設計圖案投影到光刻膠表面。

掩模版（Mask/Reticle）：這是包含芯片電路圖案的石英板，上面有透光與遮光的圖案結構。

對準系統(tǒng)：保證圖案能精確地對準硅片上的已有結構（對準精度可達納米級）。

曝光方式：

接觸式（Contact）：掩模和晶圓直接接觸。

投影式（Projection）：通過高精度光學系統(tǒng)將掩模圖案縮小后投影到晶圓上，這是目前主流方式。

步進掃描式（Step-and-Scan）：只曝光晶圓上的一個小區(qū)域，然后移動晶圓再曝光另一區(qū)域，直到全片掃描完成。

主流光刻機使用**深紫外光（DUV）或極紫外光（EUV）**作為曝光光源，常見波長有248nm、193nm（DUV）和13.5nm（EUV）。

4. 顯影（Development）

曝光后，感光區(qū)的光刻膠發(fā)生化學變化。晶圓進入顯影機，用顯影液（如堿性溶液）將發(fā)生變化的部分洗去，露出裸露的硅片區(qū)域。

正性光刻膠：曝光區(qū)域被溶解。

負性光刻膠：曝光區(qū)域固化，未曝光部分被溶解。

此步驟結束后，就在光刻膠層上形成了符合設計圖案的“窗口”。

5. 硬烘烤（Hard Bake）

顯影之后的晶圓經(jīng)過再次烘烤（約120~150℃），使光刻膠圖案進一步固化，增強其在后續(xù)蝕刻過程中的耐化學性和熱穩(wěn)定性。此步驟還可以改善邊緣輪廓，使圖案更清晰、附著更牢。

6. 圖案檢查與修正

完成曝光后，需要用顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）或自動檢測設備進行檢查，確認圖案有無缺陷、尺寸是否符合規(guī)格。一旦發(fā)現(xiàn)誤差，可能需要返工或者局部修復。

三、光刻后的后續(xù)步驟

光刻完成后并不是終點。它的最終目的是將電路圖案轉印到晶圓材料上，這需要配合蝕刻（Etching）工藝：

將暴露出來的硅片部分進行等離子體蝕刻或濕法蝕刻。

剩余的光刻膠在蝕刻中起到“保護層”作用。

蝕刻后再將光刻膠去除（剝離）。

如此一來，一個圖層的電路結構就形成了。芯片制造需要進行幾十到上百次光刻與蝕刻循環(huán)，逐層構建完整的電路結構。

四、總結

光刻機的流程是一種高度自動化、精密控制的系統(tǒng)工程。它不僅是微電子制造中的“造型師”，更是芯片工藝精度的“守門員”。從涂膠、曝光到顯影，每一個細節(jié)都直接影響最終芯片的性能、良率與尺寸精度。隨著芯片制程節(jié)點逐步邁入3納米甚至更小的尺度，對光刻設備的要求也在不斷提高，光源波長更短、曝光精度更高、對準系統(tǒng)更智能。

未來，光刻技術仍將是芯片工藝突破的關鍵“瓶頸”與“戰(zhàn)場”，無論是繼續(xù)優(yōu)化193nm浸潤式光刻，還是全力發(fā)展EUV和下一代High-NA EUV，光刻流程始終是半導體技術演進的核心驅動力。