光刻机是现代集成电路（IC）制造中最关键的设备之一，其主要作用是将芯片设计图案精准转印到硅片表面上的光刻胶层中，为后续的蚀刻、离子注入等工艺做准备。这个过程虽然看似简单，却融合了光学、化学、机械控制、材料科学等多个高精尖技术，是半导体制造中工艺最复杂、精度要求最高的步骤之一。

一、光刻流程的总体步骤

整个光刻流程主要包括以下几个关键步骤：

涂胶（Spin Coating）

软烘烤（Soft Bake）

对准与曝光（Alignment and Exposure）

显影（Development）

硬烘烤（Hard Bake）

图案检查与修正

二、详细流程讲解

1. 涂胶（Spin Coating）

这是光刻的第一步。硅片（Wafer）表面会先被清洗干净，然后通过旋涂（Spin Coating）方式，在其表面涂上一层均匀的感光材料——光刻胶（Photoresist）。

通过高速旋转（通常达到每分钟3000~6000转），光刻胶会在离心力作用下形成一层厚度仅几十到几百纳米的均匀薄膜。光刻胶是对光敏感的高分子材料，是整个图案转移的“感光底片”。

2. 软烘烤（Soft Bake）

涂完光刻胶后，要对硅片进行低温烘烤（一般在90~120℃），以蒸发掉光刻胶中的溶剂，使光刻胶层更稳定、附着更好，为曝光做好准备。这一步的控制会直接影响后续图形的分辨率和完整性。

3. 对准与曝光（Alignment and Exposure）

这是整个光刻工艺的核心步骤。在这一步中，光刻机将芯片设计图案投影到光刻胶表面。

掩模版（Mask/Reticle）：这是包含芯片电路图案的石英板，上面有透光与遮光的图案结构。

对准系统：保证图案能精确地对准硅片上的已有结构（对准精度可达纳米级）。

曝光方式：

接触式（Contact）：掩模和晶圆直接接触。

投影式（Projection）：通过高精度光学系统将掩模图案缩小后投影到晶圆上，这是目前主流方式。

步进扫描式（Step-and-Scan）：只曝光晶圆上的一个小区域，然后移动晶圆再曝光另一区域，直到全片扫描完成。

主流光刻机使用**深紫外光（DUV）或极紫外光（EUV）**作为曝光光源，常见波长有248nm、193nm（DUV）和13.5nm（EUV）。

4. 显影（Development）

曝光后，感光区的光刻胶发生化学变化。晶圆进入显影机，用显影液（如碱性溶液）将发生变化的部分洗去，露出裸露的硅片区域。

正性光刻胶：曝光区域被溶解。

负性光刻胶：曝光区域固化，未曝光部分被溶解。

此步骤结束后，就在光刻胶层上形成了符合设计图案的“窗口”。

5. 硬烘烤（Hard Bake）

显影之后的晶圆经过再次烘烤（约120~150℃），使光刻胶图案进一步固化，增强其在后续蚀刻过程中的耐化学性和热稳定性。此步骤还可以改善边缘轮廓，使图案更清晰、附着更牢。

6. 图案检查与修正

完成曝光后，需要用显微镜、扫描电子显微镜（SEM）或自动检测设备进行检查，确认图案有无缺陷、尺寸是否符合规格。一旦发现误差，可能需要返工或者局部修复。

三、光刻后的后续步骤

光刻完成后并不是终点。它的最终目的是将电路图案转印到晶圆材料上，这需要配合蚀刻（Etching）工艺：

将暴露出来的硅片部分进行等离子体蚀刻或湿法蚀刻。

剩余的光刻胶在蚀刻中起到“保护层”作用。

蚀刻后再将光刻胶去除（剥离）。

如此一来，一个图层的电路结构就形成了。芯片制造需要进行几十到上百次光刻与蚀刻循环，逐层构建完整的电路结构。

四、总结

光刻机的流程是一种高度自动化、精密控制的系统工程。它不仅是微电子制造中的“造型师”，更是芯片工艺精度的“守门员”。从涂胶、曝光到显影，每一个细节都直接影响最终芯片的性能、良率与尺寸精度。随着芯片制程节点逐步迈入3纳米甚至更小的尺度，对光刻设备的要求也在不断提高，光源波长更短、曝光精度更高、对准系统更智能。

未来，光刻技术仍将是芯片工艺突破的关键“瓶颈”与“战场”，无论是继续优化193nm浸润式光刻，还是全力发展EUV和下一代High-NA EUV，光刻流程始终是半导体技术演进的核心驱动力。