光刻機（標籤mask  校準器）又稱掩模對準曝光機，是芯片制造過程中光刻工藝的核心設備。芯片的制造過程極其復雜，而光刻是制造過程中最關鍵的一步光刻技術決定了芯片的關鍵尺寸，在芯片的整個制造過程中，光刻技術約占整體制造成本的35%掩模對準器 的主要目的是生產集成電路，并將設計好的集成電路模板刻在硅片上，從而生產出足夠小的集成電路、 精確、高效集成電路。

光刻機根據光源可分為紫外光刻機、深紫外掩模曝光機和極紫外光刻機。根據曝光方式，可分為接觸式光刻機、鄰近掩模對準器和直接寫入掩模對準器。掩模對準器 的關鍵性能指標包括分辨率、對準精度、曝光方式、光源波長和生產效率等。掩模對準器的核心部件包括光源、鏡頭和工作臺，每個部分都非常復雜，需要精心設計才能達到精度、效率和穩定性的最佳表現。掩模對準器廣泛用于半導體芯片制造、微機電系統（MEMS）印刷電路板（PCB）以及顯示屏制造等領域。

自1947年貝爾實驗室發明第一個點接觸晶體管以來，光刻技術一直在發展隨著時間的推移和技術的突破，逐漸衍生出不同的發展模式。誕生于1959年的第一臺晶體管計算機及其光刻工藝開啟了接近式掩模對準器的發展的成就包括世界與和平美國第一個用于單結構硅片的掩模對準器和CMOS IC制造工藝。20世紀60年代，飛兆還生產了第一臺IC計算機IBM360，并建立了第一條2英寸集成電路生產線。隨后，美國GCA公司的光學圖形發生器和分布式重復精縮機開啟了步進式掩模光刻機的發展。20世紀70年代，GCA推出了第一臺分布式重復投影曝光機，大大縮小了集成電路圖形的線寬。20世紀80年代，SVGL 步進掃描投影曝光機進一步減小了線寬。隨著時間的推移，光刻技術不斷突破分辨率極限并采用不同的發展方向，其中包括極紫外光刻技術、電子束光刻技術、x射線光刻技術和納米壓印技術等。這些新技術的出現，使得光刻技術在不斷努力突破分辨率極限的同時，也在探索新的研究方向，為集成電路的發展提供了更多的可能性。

全球主要的口罩對準器公司是荷蘭的阿斯麥公司、日本尼康和佳能，其中阿斯麥的市場份額超過70%，是唯一能夠制造高端極紫外光刻機的企業。在2022年，EUV光刻機占阿斯麥光刻機產品銷售額的近50%日本佳能公司主要生產I-直線光刻機尼康公司主要生產除EUV以外的其他光刻機。在中國公司中，上海微電子的后封裝mask aligner在中國占有80的市場份額%全球市場份額約為40%

一臺完整的光刻機包含超過10萬個零件，這些零件根據其功能由幾個關鍵部件組成，并以部件為最小單元研究光刻機產業鏈。根據光刻工藝，光刻機可以分為幾個軟硬件協同工作的系統。光刻機中還有幾個關鍵耗材，在配套設施中進行分類。

結構組件

掩模對準器結構部件包括光學部件、工作臺、曝光組件、封閉框架、其他組件等。光學元件是指激光光源和激光的能量調節、用于形狀控制的一系列組件：激光源，即激光發生器，DUV使用波長為193nm的深紫外激光源，EUV使用193nm.波長為5納米的極紫外激光光源；光學透鏡是指幾個物鏡和其他光學透鏡；光束形狀設置，將光束設置為圓形、環形和其他不同的形狀，從而獲得不同的光學特性；光束校正器校正光束的入射方向以獲得平行光。工作臺包括掩模對準器中的三個主要工作平臺：測量臺、曝光臺又稱雙臺，一般的光刻機都是在一個臺上先測量再曝光，雙臺可以同時測量和曝光，提高工作效率；掩模臺控制掩模板的移動，控制精度為納米。暴露組件是指與暴露過程相關的關鍵組件：掩模板，即掩模板，是承載IC設計電路圖的玻璃板激光通過掩模將設計圖案投射到光刻膠上，掩模的性能直接決定了光刻工藝的質量；當不需要曝光時，用于防止光束照射硅晶片組件的快門；能量檢測器檢測要照射在掩模上的激光，并將其反饋給能量控制器進行調整以滿足曝光要求。封閉式車架和減震器：將雙工作臺與外界環境隔離，保持工作臺水平，減少外界振動干擾，保持穩定的溫度和壓力。

系統

掩模對準器系統可以分為10個部件。掩模對準器 的硬件部件需要組合在一起才能按順序完成工作，因此需要整個軟件系統和控制系統來指揮光刻機的所有部件，這相當于mask aligner 的大腦。

配套設施

掩模對準器支持設施包括：光刻膠、光刻氣體、浸沒液體、涂膠顯影、線材等。光刻膠指的是光刻膠，在曝光過程中用來獲得所需的電路圖像；光刻氣體是指光刻機產生激光的光源；浸沒液體是指用于浸沒式掩模對準器如DUV中的液體使用折射率大于1的水作為光刻的介質將提高最小分辨率，例如使用折射率為1的水.44去離子水等；涂膠顯影是指一種專用的涂膠顯影機器，用于進行曝光后的顯影過程；導線是指光刻機中需要的各種電路材料。

光刻（lithography）該設備為投影曝光系統，由紫外光源組成、光學鏡片、組裝對準系統和其他部件。在半導體制造過程中，光刻設備將通過印有圖案的光掩模和光學透鏡投射光束，在具有光敏涂層的硅片上曝光電路圖，如圖1所示。通過蝕刻暴露或未暴露的部分形成溝槽，然后進行沉積、蝕刻、摻雜，用不同的材料構建電路。這個過程一次又一次地重復，數十億個MOSFET或其他晶體管被構建在硅片上，形成通常所說的集成電路。

掩模對準器使用納米級激光對硅片進行光刻，激光通過一系列光源、經過形狀控制的手段后，投影出帶有電路圖的掩膜，將電路圖按一定比例縮小后映射到硅片上。

光源分類

紫外線光刻機 ：紫外光刻機是一種利用紫外光曝光的光刻機，主要用于制造微電子器件和微納結構。其光源通常為汞燈或氙氣光源，波長通常為365 nm或248 nm，而使用的光刻膠通常為正膠，分辨率可達亞微米級。紫外光刻機的曝光方式通常是投影光刻，即通過掩模將圖形投影到光刻膠表面。由于其高分辨率、高精度、高效率等優點，紫外光刻機被廣泛應用于半導體、光電子、生物醫學等領域。

深紫外光刻機：深紫外（Deep UV）光刻是一種先進的光刻技術，廣泛用于制備10 ~ 250納米尺度的幾何特征。為了使用DUV技術，需要更短波長的紫外光。為了產生這種紫外光，應用了準分子激光器，其可以產生高度均勻的相干單色光束。其中，氟化氪（KrF）激光可以產生248納米的波長，而氟化氬（ArF）準分子激光器可以產生波長為193nm的高強度紫外光，在光刻領域得到廣泛認可。在實際應用中，193納米的波長被視為先進光刻領域的標準能量載體。而在DUV范圍內，使用透射光掩模。

極紫外光刻機：極紫外光刻機（EUV limit   ultraviolet spectrometer）是一種先進的光刻技術，使用的波長約為13.5納米極紫外光照射。與傳統光刻技術相比，EUV具有更短的波長，這使得分辨率更高且特征尺寸更小。因此廣泛應用于半導體制造和先進的微納加工。EUV光刻技術的光學系統和光源技術非常復雜，需要精密的設備和控制系統來實現。作為半導體制造領域的前沿技術之一，EUV已成功用于生產高性能微處理器和存儲設備。

曝光分類

接觸式光刻機：接觸掩模對準器使用接觸曝光（contact printing）方法掩模板直接與光刻膠層接觸。根據施力方式，接觸式分為軟接觸、硬接觸和真空接觸。軟接觸是基板被托盤吸附，掩模覆蓋在基板上；硬接觸通過氣壓向上推動基板以接觸掩模；真空接觸是在掩模和基底之間抽吸空氣，使其更好地配合。然而，接觸式掩模對準器的缺點是光刻膠容易污染掩模板，并且其壽命較短，因此只能使用有限的次數。由于這些限制，接觸式掩模對準器在20世紀70年代逐漸被工業水平的接近式曝光所取代。

光刻機

接近式光刻機：接近式曝光（Proximity Printing打印打印）這是一種復制光刻方法，其中在掩模和光致抗蝕劑基底之間保留約0 ~ 200μ m的微小間隙。其工作原理是通過掩模與光刻膠基層之間的微小間隙，將掩模上的微納圖案結構轉移到待加工的圖案表面。類似于“手影”游戲中，利用阻擋光線傳播的圖形來形成明暗交替的圖案并記錄所需的圖形。鄰近掩模對準器具有簡單的結構、加工效率高、成本低，芯片面積曝光大，使用方便。然而，它的分辨率較低、曝光圖形質量差、工藝一致性差等缺點，僅為1：1，復制的圖形不能進一步縮小。盡管如此，接近式光刻仍然是器件制造中廣泛使用的光刻方法，特別是對于低分辨率要求的光刻、芯片面積大、厚膠非標基板等場景，集成電路除外（IC）而除了平板顯示器之外的各種設備基本都采用這種方式。接近式光刻可分為手動光刻、半自動和全自動操作模式。

直寫式光刻機：直寫式掩模光刻機是一種基于光刻技術的微電子制造設備，利用光與光刻膠相互作用的原理。它的工作類似于書寫字體的過程。在操作中，該裝置通過各種方式轉換光束（或電子束、離子束）專注于一個微小的點，如筆尖。然后，通過移動筆尖或基板，可以實現它們之間的相對運動，從而可以加工任何圖案。直寫式光刻機具有高精度加工的特點，最細線的加工精度可達納米級。然而，直寫式掩模光刻機采用點加工，效率低且難以實現大面積直寫，不適合大尺寸結構的制造。因此，它主要用于制作掩模板。

半導體芯片制造

掩模對準器在半導體工業中起著至關重要的作用它是將精細圖案精確轉移到硅片表面的關鍵制造工具。在集成電路制造中，光刻機有助于定義電路的結構和元件，實現納米尺度的圖形制作，制造高密度集成電路和其他微納器件。此外，mask aligner還實現了多層次制造，將不同層次的圖案精確轉移到芯片表面，實現復雜的電路結構，并在工藝控制中確保圖案的準確性和一致性，從而實現高質量的芯片制造。

MEMS （微電子機械系統）

MEMS是一種微型傳感器、致動器和微結構集成系統。光刻是制造MEMS微結構的關鍵工藝，可以將微米級甚至納米級的圖形精確地轉移到半導體材料上，用于制造微電子器件。它可以實現微結構的制造，例如微機械傳感器和致動器。它還支持多層制造，以實現復雜的MEMS結構，如微型加速度計、微型陀螺儀等。使用掩模對準器還可以確保制造過程的精度和一致性，從而實現高質量的MEMS制造。

印刷電路板 （PCB）

光刻技術在PCB制造中起著重要作用，用于精確定義導線、孔和其他精細結構來實現復雜的電路板設計。光刻機可以精確地將微米級甚至納米級的圖案轉移到基板表面，并實現PCB上微電路和微結構的制造。這項技術用于高密度互連（HDI）在PCB制造中尤為重要，可以實現高分辨率的圖形制作，可以應用于多層次制造，實現復雜的PCB結構。光刻機還起到工藝控制的作用，保證微米甚至納米級別的圖形精度和一致性，為高質量的PCB制造提供保障。

顯示屏制造

掩模對準器在LCD上（LCD）和有機發光二極管（OLED）它在顯示技術中起著重要作用，例如定義像素和電路，以及實現高分辨率和高質量的顯示屏制造。通過將微米級甚至納米級圖案精確轉移到襯底表面，掩模對準器可以幫助制造細線和像素結構，并實現復雜顯示結構的制造，例如多級有機發光二極管顯示器。同時，掩模對準器還在工藝控制中發揮作用，以確保圖案的準確性和一致性，從而實現高質量的顯示器制造。