光刻机，全称为光刻曝光机（Photolithography Scanner or Stepper），是半导体制造中极为关键的核心设备之一。它主要用于将微缩化的电路图案精确投影到硅片（wafer）表面上的光刻胶层中，从而形成芯片所需的图形结构。光刻技术决定了芯片的最小线宽和集成度，是决定芯片制程（如7nm、5nm、3nm）的关键工艺。

一、光刻机的英文全称与定义

光刻机的英文全称是 Photolithography Scanner 或 Photolithography Stepper，中文可以翻译为“光刻扫描投影机”或“光刻步进投影机”。

Photolithography：意为“光刻”，即利用光照射使光刻胶发生化学变化。

Scanner：扫描式投影，常见于现代高端光刻机，利用扫描方式曝光整片晶圆。

Stepper：步进式光刻机，通过在晶圆上逐个“步进”地重复曝光。

根据不同曝光方式，“Scanner”与“Stepper”虽有区别，但都归属于光刻设备的大家族。实际上，现代高端光刻设备通常是“Step-and-Scan”，即结合步进与扫描。

二、光刻机的技术组成

理解光刻机的全称，不能仅限于字面，更应理解其涉及的各个系统和工程模块：

1. 光学系统（Projection Optics）

光刻机使用高精度光学系统（如投影镜头、反射镜）将掩模（Mask）图案缩小投影到硅片表面。现代设备中，透镜系统使用极高折射率材料，或采用反射式镜组（在EUV系统中）。这决定了分辨率和图像失真率，是实现纳米级图案的核心。

2. 光源系统（Illumination）

光源是决定成像分辨率的关键因素。根据使用的光波长不同，光刻机分为：

G-line（436nm）

I-line（365nm）

KrF（248nm）

ArF（193nm）

EUV（13.5nm）

目前最先进的EUV光刻机采用等离子体激光产生极紫外光，突破分辨率极限。

3. 掩模与对准系统（Mask & Alignment）

掩模是电路图案的“模板”，通过精密对准系统与晶圆图案准确重合，确保多层芯片结构的图案叠加无误差。

4. 晶圆平台与步进扫描系统

晶圆放置在高速移动的精密平台上，系统以亚纳米精度控制其运动，实现“步进曝光”或“扫描曝光”。

5. 图像处理与控制系统

通过先进控制算法，实现自动对焦、自动对准、图案识别、光场均匀性控制等功能，确保高良率和重复性。

三、光刻机的分类与发展阶段

根据功能、精度和使用场景，光刻机可以进一步细分：

1. 按波长分类

可见光光刻机（G/I线）：主要用于MEMS或LCD制造；

深紫外光刻机（DUV）：193nm主流设备，用于28nm及以下；

极紫外光刻机（EUV）：13.5nm，目前唯一可用于5nm以下芯片制程。

2. 按成像方式

接触式光刻（Contact）

投影式光刻（Projection）

扫描步进式光刻（Step-and-Scan）

现代高端芯片制造全部使用后两者。

四、光刻机在芯片制造中的地位

在一颗先进芯片的制造过程中，需要经过几十次光刻步骤，每一步都必须对准前一层图案，才能成功构建纳米级三维结构。光刻直接决定芯片的集成度、速度、功耗和稳定性，因此被称为“半导体工业的皇冠明珠”。

目前台积电、三星、英特尔等先进代工厂的3nm与2nm制程均依赖EUV光刻技术，而其设备则来自荷兰ASML公司，其光刻机全称为：ASML EUV Photolithography Scanner。

五、常见的光刻机型号与全称示例

ASML Twinscan NXE:3600D

全称：Extreme Ultraviolet (EUV) Photolithography Scanner System

用于5nm~3nm制程。

Nikon NSR-S631E

全称：ArF Immersion Lithography Stepper

用于DUV浸没式光刻（适合7nm~28nm）。

六、总结

光刻机的全称“Photolithography Scanner”或“Photolithography Stepper”，不仅是名称，更是集成了光学工程、纳米技术、精密机械与控制系统的代表。它是现代芯片制程技术中最关键、最昂贵、最复杂的设备之一。