光刻机是现代半导体制造中最关键的核心设备之一，其作用是在硅片（Wafer）表面“刻写”微型电路图案。为了实现纳米级的分辨率和极高的制造精度，光刻机的各个部件都必须使用经过精密筛选和加工的高性能材料。

一、透镜和反射镜：高纯度光学材料

光刻机中最核心的组件之一是光学系统，尤其是用于曝光的投影镜头，其制造难度极高。主要材料包括：

1. 氟化钙（CaF₂）

用于193nm波长的ArF光源系统，是深紫外（DUV）光刻机不可或缺的材料；

具有极高的紫外透光率和低色散，能有效减少光学畸变；

加工极其困难，且对杂质极度敏感，因此价格昂贵。

2. 石英玻璃（熔融石英，SiO₂）

在248nm或更长波长的光刻机中被大量使用；

具有良好的紫外透明性和热稳定性；

相对CaF₂便宜且更易加工。

3. 超光滑反射镜材料

极紫外（EUV）光刻机使用反射式光学系统，反射镜通常由钼（Mo）和硅（Si）交替堆叠的多层膜制成；

反射镜基底通常是超低热膨胀的玻璃陶瓷，如 Zerodur（德国肖特）、ULE（康宁）等。

二、掩模（Mask）材料

掩模用于承载芯片图案，在曝光过程中通过光线“转印”到硅片上，其材料要求也极高。

传统DUV掩模材料：石英基底上镀有一层铬（Cr）作为遮光材料；

EUV掩模材料：使用反射式掩模，包括多层Mo/Si反射膜与钽硅氮化物（TaBN）遮光层，技术难度极高；

掩模上还需增加抗反射层、保护层，以防止图案变形与污染。

三、硅片和光刻胶材料

1. 硅片（Wafer）

是最终“刻图”的载体，由高纯度单晶硅制成；

表面需经过超精密抛光，确保原子级平整度；

特殊工艺中可能使用绝缘层、SOI（绝缘体上硅）材料等。

2. 光刻胶（Photoresist）

是一层敏感涂层，能对曝光光线产生化学反应；

根据波长分为G线（436nm）、I线（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）、EUV（13.5nm）不同型号；

EUV光刻胶还需具备抗辐射、低挥发、图形保真度高等特性；

材料主要为有机高分子树脂，辅以光敏组分。

四、平台与结构支撑材料

高精度的机械结构对于确保图案精度至关重要：

1. 石墨烯/碳纤维复合材料

用于运动部件，如曝光平台、掩模台等；

具有轻质、高刚性、热膨胀小的特性，适合高速精密运动控制。

2. Invar合金（铁镍合金）

热膨胀系数极低，用于保持系统结构稳定，防止温度变化带来机械变形。

3. 花岗岩、陶瓷结构件

用作基座或稳定结构，提供高阻尼和抗振性能；

例如，日本和荷兰的光刻机常使用黑花岗岩作为底板。

五、真空和极端环境材料

为了适应真空或高洁净度环境，光刻机内部还需使用特殊材料：

金属铝、钛、不锈钢：用于真空舱和气体管道；

PTFE、PEEK等工程塑料：用于气路密封、光学支撑件；

防污染镀膜材料：保护光学元件不受碳、杂质污染。

六、冷却系统与热控材料

光刻过程中，光源与机械系统会产生大量热量，因此需要有效冷却材料与系统：

铜或铜合金散热片：导热效率高，用于LED/激光冷却；

液冷管道（如硅胶管）：确保系统在恒定温度下运行；

高导热导热膏或相变材料：用于热界面管理。

总结

光刻机是一种融合了光学、机械、材料、热控和真空技术的高精密装备，其核心材料涵盖了高纯光学晶体、高性能金属合金、功能性高分子以及先进复合材料等。每一种材料的选择都直接关系到设备的成像质量、图案精度与系统稳定性。