光刻机（Photolithography Machine）是半导体制造过程中最核心、最精密的设备之一，其主要功能是将芯片设计图形通过光的照射精确投影到硅片表面的光刻胶层上，从而在纳米级尺度上“雕刻”出晶体管、电路互联等微小结构。它是芯片制造中“图案转移”工艺的关键环节，也是芯片精度、性能和良率的决定性因素。

首先是图形投影功能。芯片的电路设计最初是以电路图的形式存在于计算机中，设计完成后需要被制作成一系列光掩膜（mask），也叫做光罩。每一层光罩对应芯片结构的一层图案。光刻机通过其内部的光学系统将紫外光（例如193nm的ArF激光）穿过光罩，将光罩上的图案缩小后精准投影到硅片上。这一过程称为“投影光刻”，其中最先进的设备可以实现图形缩小到1/4或更小，以适应纳米级别的线路宽度要求。

其次是对准曝光功能。现代芯片通常需要几十甚至上百层的图案，每一层之间必须精确对齐，误差必须控制在几纳米范围内，否则芯片将无法正常工作。光刻机通过复杂的对准系统（包括干涉仪、传感器和运动平台）控制硅片和掩膜之间的位置关系，使多层图案之间的重合精度极高。这一过程需要极高的机械稳定性与环境控制，例如无尘室、恒温系统、空气减震系统等，确保曝光过程稳定可靠。

第三是图像刻蚀前的光刻胶图形生成功能。在曝光前，硅片表面需要均匀涂覆一层光刻胶（Photoresist），这是对光敏感的化学材料。在光刻机中经过曝光之后，光刻胶的化学性质会发生改变。经过后续的显影处理，被光照射区域或未照射区域（取决于所用的是正胶还是负胶）会被显影液去除，留下与光罩图案一致的光刻胶图形。这个图形将作为后续蚀刻、离子注入或金属沉积等工艺的掩膜，实现精确的工艺控制。

光刻机的精度直接影响芯片的制程节点。随着芯片制程从90nm逐步推进到65nm、28nm、7nm乃至2nm，每一代光刻机对分辨率、对准精度和曝光稳定性的要求都在提升。为此，光刻技术不断演进，从早期的i线（365nm）、KrF（248nm）发展到ArF（193nm）浸没式光刻，直到如今使用极紫外光（EUV，13.5nm）的下一代系统。EUV光刻机能够在不改变镜头尺寸的前提下，大幅提高分辨率，是实现先进制程如5nm、3nm乃至2nm的关键。

此外，光刻机还具备自动化调焦、曝光剂量控制、瑕疵检测、硅片搬运与自动对准校正等功能。现代高端光刻机内部配备了精密的运动平台（Stage），能以纳米级精度移动硅片，并与曝光光束实现同步扫描，提升曝光效率与产能。一台先进的浸没式光刻机可每小时曝光超过100片300mm硅片，同时维持极高良率，这对芯片制造商的经济效益至关重要。

除了用于逻辑芯片制造，光刻机在存储芯片（如DRAM、NAND）、MEMS器件、CMOS图像传感器、微显示器、光电子器件等多个领域中同样有着广泛应用。每种器件对图形精度、深宽比、边缘清晰度等指标的要求不同，因此光刻机在实际使用中往往配合不同的曝光工艺参数与掩膜设计进行优化调整。

值得一提的是，光刻机的研发与制造门槛极高，是系统工程集大成者，集成了精密光学、超净环境、自动化控制、机械工程、软件算法、材料科学等多个尖端领域。其制造厂商寥寥无几，形成高度集中化竞争格局。在这类高端设备中，每一项功能都是经过上百次精密测试与算法迭代得来的成果。