在1960年代初期，半導體產業仍處於萌芽階段，IC（積體電路）結構相對簡單，製程解析度僅需達到5微米左右。然而，即便是這樣的尺寸，依當時的工藝也無法直接製作。最初的微影技術，源自傳統印刷與印刷電路板（PCB）製程，稱為影子印刷（Shadow Printing），包含：接觸式印刷（Contact Printing）和近接式印刷（Proximity Printing）。透過大尺寸母版（Rubylith膠片）製作圖案，經過多次縮小攝影轉印，最終得到1:1尺寸的玻璃光罩，進行曝光製程。
Rubylith膠片由透明醋酸基板與紅色遮光層組成，人工切割後剝除不需要的部分，形成電路圖案。雖然簡單，但這種方式效率低、誤差大，難以支撐晶片微縮需求。
g-line 微影的誕生
步進曝光機透過縮小投影與逐步曝光，提升解析度並降低光罩製作難度，成為g-line時代的核心設備。
主要曝光設備製造商
- GCA（General Signal Corporation, GCA Division）：推出全球第一台商用縮小步進曝光機4800 DSW，搭載g-line光源，開啟步進微影時代
- Canon、Nikon：日本光學大廠，開發多款基於g-line的步進曝光設備，逐步搶占全球市場
- Perkin-Elmer：美國曝光機巨頭，Micralign系列產品大量應用g-line光源，佔據美國早期晶圓廠主力地位
關鍵光學與光源供應商
- Carl Zeiss、Tropel：提供高品質g-line縮小投影透鏡，支撐曝光設備技術升
- Ushio、Heraeus：工業光源領域領先者，為半導體微影提供穩定、高功率的專用汞燈
實際需求方：晶圓製造與IDM企業
- Intel、Motorola、TI、IBM、東芝、NEC、日立 等國際晶圓與IC製造商
為什麼需要步進曝光機？
雖然g-line帶來解析度突破，但若仍停留在接觸式或1:1投影曝光，產業依舊無法擺脫：光罩與晶圓接觸導致損傷、良率下降、晶圓尺寸放大，光罩尺寸隨之增加，製作難度與成本倍增、光學系統品質不足，解析度與對位精度受限。為此，1978年GCA公司（GCA 品牌與曝光設備線沒有延續至今日。）率先推出商用縮小步進曝光機（Reduction Stepper）
- 使用縮小倍率透鏡（例如10:1），大幅縮小光罩圖案，投影至晶圓上
- 一次只曝光晶圓上的局部小區域（Field）
- 曝光頭移動，逐步「步進」整個晶圓，完成完整圖案轉印
這種設計有效解決了：
- 光罩尺寸與成本問題（小光罩，大晶圓）
- 光學品質瓶頸（小視場設計，解析度提升）
- 良率與生產效率平衡（自動對位、避免大面積接觸損傷）
g-line 時代的技術突破與侷限
透過g-line微影與步進技術，產業迎來一連串關鍵突破。然而，隨著製程不斷微縮，g-line技術的物理極限也逐步顯現。這些問題最終促使業界邁向更短波長的365nm i-line、248nm KrF等新世代曝光技術。
- 436nm波長下，解析度難以突破1微米瓶頸
- 晶圓尺寸放大（由2吋擴展至6吋），對位精度挑戰加劇
- 光罩缺陷放大效應，使製程良率面臨瓶頸
