光刻機(jī)，全稱光學(xué)投影光刻機(jī)（Photolithography Machine），是半導(dǎo)體制造過程中最核心、最復(fù)雜、也是最昂貴的設(shè)備之一。它的主要功能是將芯片設(shè)計(jì)電路圖案精確地轉(zhuǎn)移到硅片表面光刻膠上，從而逐層“雕刻”出集成電路。

一、光刻機(jī)的基本原理

光刻機(jī)的工作原理類似于“縮小版的投影儀”。在芯片制造中，設(shè)計(jì)好的電路圖案會先制作在掩模版（也叫光掩?；蜓谀０?mask）上，然后光刻機(jī)利用紫外光源將掩模版上的電路圖案縮小數(shù)倍后投射到涂有光刻膠的硅片上。

光源：常見的有深紫外光（DUV，193nm）和極紫外光（EUV，13.5nm），波長越短，分辨率越高。

掩模版：相當(dāng)于電路的底片，包含復(fù)雜的電路圖案。

光學(xué)系統(tǒng)：由多組高精度鏡頭組成，用于縮小并聚焦光線。ASML的EUV光刻機(jī)精密到鏡片表面誤差僅在原子級。

硅片和光刻膠：硅片表面涂有一層光刻膠（感光材料），受光照射后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而顯影出電路圖案。

通過多次重復(fù)曝光、顯影、蝕刻、沉積等步驟，數(shù)十甚至上百層電路結(jié)構(gòu)被逐步“刻”到硅片上，最終形成復(fù)雜的集成電路。

二、光刻機(jī)的核心作用

光刻機(jī)是芯片制造的核心工序，因?yàn)樾酒娐返木€寬（也就是工藝節(jié)點(diǎn)，比如7nm、5nm、3nm）幾乎由光刻機(jī)的分辨率決定。它直接決定了芯片的集成度、功耗和性能。

線寬越小 → 晶體管越多 → 芯片計(jì)算能力更強(qiáng)、能耗更低。

如果沒有先進(jìn)光刻機(jī)，芯片只能停留在幾十納米甚至更大的工藝節(jié)點(diǎn)，無法與國際最先進(jìn)的水平競爭。

因此，光刻機(jī)被譽(yù)為“現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠”。

三、光刻機(jī)的分類

光刻機(jī)按照使用的光源不同，可分為以下幾類：

紫外光刻機(jī)（UV Lithography）：早期使用365nm、248nm光源，已逐漸退出高端芯片制造。

深紫外光刻機(jī)（DUV Lithography）：使用193nm光源，目前仍廣泛用于28nm、14nm甚至7nm工藝。配合浸沒式技術(shù)（在鏡頭和晶圓之間加入水層增加分辨率），可以突破分辨率限制。

極紫外光刻機(jī)（EUV Lithography）：使用13.5nm波長光源，目前最先進(jìn)的光刻技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)7nm、5nm甚至3nm制程，是當(dāng)前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心。

四、光刻機(jī)的制造難度

光刻機(jī)是人類制造過的最復(fù)雜的機(jī)器之一，其難度體現(xiàn)在以下幾個方面：

光學(xué)系統(tǒng)極限：EUV光刻機(jī)的鏡片由德國蔡司公司生產(chǎn)，精度要求到原子級。

光源極端復(fù)雜：EUV光源需要用高功率激光轟擊錫滴，產(chǎn)生等離子體發(fā)射出13.5nm極紫外光，再通過多層反射鏡傳輸。

精密控制：硅片與掩模版的對準(zhǔn)精度要達(dá)到納米級，任何震動、灰塵都可能報(bào)廢整片晶圓。

系統(tǒng)復(fù)雜度高：一臺EUV光刻機(jī)由10多萬個零部件組成，重量達(dá)180噸，運(yùn)輸需要幾十個集裝箱。

五、光刻機(jī)的代表企業(yè)

目前全球能夠制造高端光刻機(jī)的公司極少：

ASML（荷蘭）：全球唯一能量產(chǎn)EUV光刻機(jī)的企業(yè)，市場占有率超過80%。

尼康（日本）、佳能（日本）：主要生產(chǎn)中低端光刻機(jī)，在高端市場已被ASML超越。

這也解釋了為什么光刻機(jī)常被用作“卡脖子”的核心技術(shù)。

六、光刻機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

芯片制造：CPU、GPU、存儲芯片、通信芯片等都依賴光刻機(jī)制造。

顯示面板：用于液晶和OLED屏幕的制造。

微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）：如傳感器、加速度計(jì)。

光電器件：激光器、光通信芯片。

七、總結(jié)

光刻機(jī)是一種利用光學(xué)投影原理，把電路圖案轉(zhuǎn)移到硅片上的超級精密設(shè)備。它是芯片制造的關(guān)鍵工序，決定了芯片的線寬、性能與集成度。