光刻机（Mask Aligner）又名掩模对准曝光机、曝光系统、光刻系统等，是制造芯片的核心装备。它采用类似照片冲印的技术，把掩膜版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上。光刻机是生产线上最贵的机台，通常一台数千万甚至数亿美元。光刻机是微电子装备的核心，技术难度最大，单台成本最大，决定集成密度。

图5.9　光刻机结构框图

光刻机主要是成像系统（由15～20个直径为200～300 mm的透镜组成）和定位系统（定位精度小于10 nm）昂贵，其折旧速度非常快，大约3～9万人民币/天。光刻部分的主要机台包括两部分：轨道机（Tracker），用于涂胶显影；扫描曝光机（Scanning）。

图5.10　光刻机总体结构图

图5.11　光刻机部分结构说明

图5.12　光刻机扫描和步进系统图（Step and Scan System）(www.daowen.com)

光刻机原理与照相类比如图5.13所示。

图5.13　光刻机与照相类比

光刻机工作时，使用光敏材料（光刻胶）和可控制的曝光在光刻胶膜层形成三维图形，它可在后续工艺（蚀刻）中，保护下面的材料。

图5.14　光刻原理示意

图5.15　负性光敏材料光刻原理

光刻机生产集成电路的简要步骤：利用模版去除晶圆表面的保护膜，将晶圆浸泡在腐化剂中，失去保护膜的部分被腐蚀掉后形成电路，用纯水洗净残留在晶圆表面的杂质。其中曝光机就是利用紫外线通过模版去除晶圆表面的保护膜的设备。一片晶圆可以制作数十个集成电路，根据模版曝光机分为两种：模版和晶圆大小一样，模版不动；模版和集成电路大小一样，模版随曝光机聚焦部分移动。其中模版随曝光机移动的方式，模版相对曝光机中心位置不变，始终利用聚焦镜头中心部分能得到更高的精度，已成为主流。

光刻机主要厂商品牌有ASML，尼康，佳能，欧泰克，上海微电子装备，SUSS，ABM，Inc.。光刻机的品牌众多，根据采用不同技术路线可以归纳成如下几类：高端的投影式光刻机可分为步进投影和扫描投影光刻机两种，分辨率通常为7纳米至几微米之间，高端光刻机号称世界上最精密的仪器，世界上已有1.2亿美元一台的光刻机。高端光刻机堪称现代光学工业之花，其制造难度之大，全世界只有少数几家公司能够制造。国外品牌主要以荷兰ASML（镜头来自德国），日本Nikon（Intel曾经购买过Nikon的高端光刻机）和日本Canon三大品牌为主。位于我国上海的SMEE已研制出具有自主知识产权的投影式中端光刻机，形成产品系列并初步实现海内外销售，并正在进行其他各系列产品的研发制作工作。生产线和研发用的低端光刻机为接近、接触式光刻机，分辨率通常在数微米以上，主要有德国SUSS、美国MYCRO NXQ4006，以及国内品牌。曝光机是生产大规模集成电路的核心设备，制造和维护需要厚实的光学和电子工业基础，世界上只有少数厂家掌握。