光刻機是晶片製造的核心設備之一。光刻（Photolithography） 意思是用光來製作一個圖形（工藝）；在矽片表面勻膠，然後將掩模版上的圖形轉移光刻膠上的過程將器件或電路結構臨時「複製」到矽片上的過程。（簡單的說就是把集成電路縮小到矽片上的設備），它的原理很簡單，下面就是他的簡單工作原理，但是想製造一臺光刻機有很多的難點。
ASML Twinscan簡易工作原理圖曝光裝置：圖形的轉移主要是通過曝光設備來完成的。而曝光設備的性能主要取決於三個部分：解析度、對準精度和生產效率。解析度指的是能夠精確轉移到半導體表面光刻膠上的最小特徵尺寸值；對準精度指的是各個掩模和先前可在矽片上的圖形互相套準的準確度；生產效率指的是掩模在固定時間內所能曝光的矽片數量。以上三點是衡量曝光設備性能的主要參數。
掩模：製作掩模類似於我們製作 PCB，首先利用繪製軟體完整地繪製出具有電學功能的電路圖形，然後利用電子束光刻系統將圖形直接轉移到對電子束敏感的掩模上。掩模由鍍鉻玻璃板組成，電路圖形首先被轉移到對電子束敏感的掩模上，然後再被轉移到下面的鍍鉻層上，得到最終的掩模，對於集成電路的製造一般會分為若干個掩模層。光刻需要讓紫外光經過掩膜版，把圖案精確的聚集到基片上。對高精度的光刻，圖案的畸變要求小於幾nm甚至1nm。為了補償畸變，需要對透鏡或者反射鏡精確調節。
大數值孔徑投影物鏡：投影物鏡是光刻機中最昂貴最複雜的部件之一，提高光刻機解析度的關鍵是增大投影物鏡的數值孔徑。隨著光刻解析度和套刻精度的提高，投影物鏡的像差和雜散光對成像質量的影響越來越突出。物鏡的鏡片涉及到材料和打磨，材料要特別的均勻，打磨工藝加工精度可以達到50皮米（0.001納米），這個鏡片是德國蔡司的工人手工打磨出來的。鏡片前六的廠商是依視路、蔡司、豪雅、精工、凱米、羅敦斯德，分別來自法國、德國、日本、德國、日本、韓國。
雙工件臺技術（就是上圖的測量臺和曝光臺），兩個工件臺分別處於測量位置和曝光位置，同時獨立工作，每個矽片在一個工件臺上完成所有的操作。當兩個工件臺上的矽片分別完成了測量和曝光，將兩個工件臺交換位置和任務。這個說起來很簡單但是在這麼小的製作精度下就是個超難的問題了，測量臺測完送到曝光臺，誤差還是能保持1-2納米，吹一口氣誤差可能就超過了這個精度。
深紫外光刻技術（DUV):DUV採用浸沒式光刻能降低製程。在鏡頭與晶圓曝光區域之間，充滿高折射率的水，水對193nm的紫外光折射率為1.44，從而實現在水中等效波長為134nm，實現45nm以下製程。多重曝光提高精度一種做法是如LELE（litho-etch-litho-etch）。簡單講，就是做兩次光刻，把掩模版的位置錯開。相鄰的金屬線如果做在同一層光掩膜版上，彼此之間就不能做的很近，但如果相鄰金屬線做在兩層不同的光掩模版上的話，彼此之間就可以非常靠近。這樣，我們只要把靠近的金屬分布在兩層不同的光掩模版上，就可以達到之前想要達到的效果。
另一種SADP（自對準雙重成像技術）。先通過較低精度的光刻，做出突起的光刻膠保護層（mandrel）。再在「mandrel」的表面和側面沉積一層厚度相對比較均勻的薄膜「spacer」。使用離子刻蝕工藝把沉積的「spacer」材料再刻蝕掉。由於「mandrel」側壁的幾何效應，沉積在圖形兩側的」spacer」材料會殘留下來。「spacer」圖形的間距是」mandrel」間距的一半，實現了空間圖形密度的倍增。
極紫外光刻技術（EUV）：極紫外光刻技術使用波長為13．5 nm的極紫外光，幾乎所有的材料對這個波段的光都是強吸收的，因此極紫外光刻技術只能採用反射投影光學系統。極紫外光線經過由80層Mo—Si結構多層膜反射鏡組成的聚光系統聚光後，照明反射式掩模，經縮小反射投影光學系統，將反射掩模上的圖形投影成像在矽片表面的光刻膠上。難點在要將EUV投入大規模製造中使用需要，需要有250w的輸出功率，雷射轉化為EUV的效率只有0.28-0.56%，要達到使用要求機器必須能夠提供100KW的雷射輸出功率，美國海軍軍艦上的雷射炮功率才只有30KW，這樣對比是不是就更直觀了。因為消耗的能量這麼多，會產生大量的熱，它隨時都處於主動降溫狀態，所以輸出功率的穩定性要求非常高，對原理圖中的能量控制器要求就比較高。
（另，製程5nm(1μm=1000nm，1nm為10億分之一米)不是指的晶片上每個電晶體的大小，也不是指用於蝕刻晶片形成電路時採用的雷射光源的波長，而是指晶片上電晶體和電晶體之間導線連線的寬度，簡稱線寬。）