光刻机是芯片制造的核心设备之一。光刻（Photolithography） 意思是用光来制作一个图形（工艺）；在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻胶上的过程将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。（简单的说就是把集成电路缩小到硅片上的设备），它的原理很简单，下面就是他的简单工作原理，但是想制造一台光刻机有很多的难点。
曝光装置：图形的转移主要是通过曝光设备来完成的。而曝光设备的性能主要取决于三个部分：分辨率、对准精度和生产效率。分辨率指的是能够精确转移到半导体表面光刻胶上的最小特征尺寸值；对准精度指的是各个掩模和先前可在硅片上的图形互相套准的准确度；生产效率指的是掩模在固定时间内所能曝光的硅片数量。以上三点是衡量曝光设备性能的主要参数。
掩模：制作掩模类似于我们制作 PCB，首先利用绘制软件完整地绘制出具有电学功能的电路图形，然后利用电子束光刻系统将图形直接转移到对电子束敏感的掩模上。掩模由镀铬玻璃板组成，电路图形首先被转移到对电子束敏感的掩模上，然后再被转移到下面的镀铬层上，得到最终的掩模，对于集成电路的制造一般会分为若干个掩模层。光刻需要让紫外光经过掩膜版，把图案精确的聚集到基片上。对高精度的光刻，图案的畸变要求小于几nm甚至1nm。为了补偿畸变，需要对透镜或者反射镜精确调节。
大数值孔径投影物镜：投影物镜是光刻机中最昂贵最复杂的部件之一，提高光刻机分辨率的关键是增大投影物镜的数值孔径。随着光刻分辨率和套刻精度的提高，投影物镜的像差和杂散光对成像质量的影响越来越突出。物镜的镜片涉及到材料和打磨，材料要特别的均匀，打磨工艺加工精度可以达到50皮米（0.001纳米），这个镜片是德国蔡司的工人手工打磨出来的。镜片前六的厂商是依视路、蔡司、豪雅、精工、凯米、罗敦斯德，分别来自法国、德国、日本、德国、日本、韩国。
双工件台技术（就是上图的测量台和曝光台），两个工件台分别处于测量位置和曝光位置，同时独立工作，每个硅片在一个工件台上完成所有的操作。当两个工件台上的硅片分别完成了测量和曝光，将两个工件台交换位置和任务。这个说起来很简单但是在这么小的制作精度下就是个超难的问题了，测量台测完送到曝光台，误差还是能保持1-2纳米，吹一口气误差可能就超过了这个精度。
深紫外光刻技术（DUV):DUV采用浸没式光刻能降低制程。在镜头与晶圆曝光区域之间，充满高折射率的水，水对193nm的紫外光折射率为1.44，从而实现在水中等效波长为134nm，实现45nm以下制程。多重曝光提高精度一种做法是如LELE（litho-etch-litho-etch）。简单讲，就是做两次光刻，把掩模版的位置错开。相邻的金属线如果做在同一层光掩膜版上，彼此之间就不能做的很近，但如果相邻金属线做在两层不同的光掩模版上的话，彼此之间就可以非常靠近。这样，我们只要把靠近的金属分布在两层不同的光掩模版上，就可以达到之前想要达到的效果。
另一种SADP（自对准双重成像技术）。先通过较低精度的光刻，做出突起的光刻胶保护层（mandrel）。再在“mandrel”的表面和侧面沉积一层厚度相对比较均匀的薄膜“spacer”。使用离子刻蚀工艺把沉积的“spacer”材料再刻蚀掉。由于“mandrel”侧壁的几何效应，沉积在图形两侧的”spacer”材料会残留下来。“spacer”图形的间距是”mandrel”间距的一半，实现了空间图形密度的倍增。
极紫外光刻技术（EUV）：极紫外光刻技术使用波长为13．5 nm的极紫外光，几乎所有的材料对这个波段的光都是强吸收的，因此极紫外光刻技术只能采用反射投影光学系统。极紫外光线经过由80层Mo—Si结构多层膜反射镜组成的聚光系统聚光后，照明反射式掩模，经缩小反射投影光学系统，将反射掩模上的图形投影成像在硅片表面的光刻胶上。难点在要将EUV投入大规模制造中使用需要，需要有250w的输出功率，激光转化为EUV的效率只有0.28-0.56%，要达到使用要求机器必须能够提供100KW的激光输出功率，美国海军军舰上的激光炮功率才只有30KW，这样对比是不是就更直观了。因为消耗的能量这么多，会产生大量的热，它随时都处于主动降温状态，所以输出功率的稳定性要求非常高，对原理图中的能量控制器要求就比较高。
（另，制程5nm(1μm=1000nm，1nm为10亿分之一米)不是指的芯片上每个晶体管的大小，也不是指用于蚀刻芯片形成电路时采用的激光光源的波长，而是指芯片上晶体管和晶体管之间导线连线的宽度，简称线宽。）