图显示了一种简单分步重复光刻系统。掩模版放在聚焦透镜和投影系统之间，掩模图像是被缩小了5～10倍投影到衬底晶片上的。这种光学系统有很多优点：第一，可以利用大得多的特征尺寸绘制掩模图形，例如在制作了特征尺寸为0.1 μm的图形，可以在掩模上用1μm的线宽，相对来说容易很多；其次，由于缩小作用，一次曝光可以只用到晶片上的一小部分。步进光刻机采用的是投影掩模版，上面包含了一个曝光场内对应一个或多个芯片的图形。为了曝光整个晶片，每次曝光以后都需要一定晶片来使下一个芯片区域移动到投影照射区域，因此称为分步重复光刻。
图 一个简单的步进光刻系统示意图 来源:ks99
分步重复光刻机是微电子制造领域中关键的设备之一，主要用于半导体芯片的精密制造。这个技术在基础电子学中扮演着至关重要的角色，因为它能够实现极微小的电路特征复制，从而推动集成电路的发展。
分步重复光刻机的工作原理可以概括如下：系统配备了一个掩模版，它包含了芯片设计的图案。掩模版位于聚焦透镜和投影系统之间，透镜用于将掩模上的图案聚焦并放大或缩小。在这个过程中，通常掩模图像会被缩小5到10倍，这样可以使得掩模上的较大特征尺寸能够对应到晶圆上的更小特征尺寸。例如，如果要制造特征尺寸为0.1微米的电路，那么在掩模上可以使用1微米的线宽，这在制图时降低了精度要求，使得制造过程更加可行。
接着，投影系统将掩模图案精确地投影到衬底晶片上。晶片通常是硅片，上面涂有光敏材料，即光刻胶。当光线照射到光刻胶时，会根据图案的形状发生化学反应，形成可被后续蚀刻工艺去除的部分。由于光束被缩小，一次曝光仅处理晶片上的一个小区域，而不是整个晶片。这就意味着在完成整个晶片的曝光过程中，需要通过步进机构逐步移动晶片，确保每个芯片区域都能得到正确的曝光。因此，这种工艺被称为分步重复光刻。
图中的简单步进光刻系统示意图展示了掩模、透镜和晶片的位置关系，以及曝光过程的概貌。掩模在顶部，透镜居中，而晶片则位于下方。掩模上的图案经过透镜系统缩小后投射到晶片上，晶片在每次曝光后都会按设定的步进距离移动，以便下一次曝光覆盖新的区域。
在整个光刻流程中，控制精度至关重要。因为微小的偏差可能导致电路功能的失效，所以分步重复光刻机需要极其精确的定位和对准机制，以确保图案能够准确无误地复制到晶片上。此外，还需要高级的光学和化学技术来处理光源、光刻胶以及蚀刻工艺，以达到纳米级别的分辨率。
总结起来，分步重复光刻机是现代电子制造业中的核心技术，它利用光学放大和缩小原理，配合精确的步进和对准机制，实现了微电子芯片上的精细电路图案复制。这一技术的不断发展和优化，对于推动微电子技术的进步，提高计算机和其他电子设备的性能具有不可估量的作用。
