光刻指利用光化学反应原理把事先制备在掩模上的图形通过光学成像系统（光刻机 ）转印到至衬底上的过程。光刻是集成电路和微机电系统加工中最重要的步骤，目前它 是唯一可以在衬底上制作亚微 米和纳米精度图形的技术。光刻费用占整个集成电路加工总费用的最大比重，光刻质量直接决定了芯片是否可用。
光刻工艺流程
而集成了光刻技术的光刻机是芯片制造中光刻环节的核心设备， 技术含量、价值含量极高。 光刻机涉及系统集成、精密光学、精密运动、精密物料传输、高精度微环境控制等多项先进技术，是所有半导体制造设备中技术含量较高的设备，因此也具备极高的单台价值量，
如今全球的光刻机巨头是ASML，垄断了全球100%的高端光刻机，在ASML之前，佳能本是光刻机巨头，而ASML之所以能够在日美光刻机大战中获胜，则要多亏了这个中国人—林本坚。
光刻机发展史
1956年，美国贝尔实验室用晶体管代替电子管，制成了世界上第一台全晶体管计算机Lepreachaun，后来，基尔比发明了集成电路取代了晶体管，为开发电子产品的各种功能铺平了道路，并且大幅度降低了成本，第三代电子器件从此登上舞台。它的诞生，使微处理器的出现成为了可能，也使计算机变成普通人可以亲近的日常工具。自此，光刻技术开始萌芽。
到了六十年代初，仙童半导体发明了至今仍在使用的掩膜版曝光刻蚀技术，当时的光刻技术比较简单，就是把光通过带电路图的掩膜 (Mask，后来也叫光罩) 投影到涂有光敏胶的晶圆上。早期 60 年代的光刻，掩膜版是 1:1 尺寸紧贴在晶圆片上，而那时晶圆也只有 1 英寸大小。IBM后来还建立了世界上第一台2英寸集成电路产线。这使得计算机具备体积更小、适用，性能更优秀的可能。
而1962年，当时国际商用机器公司，也就是IBM，开始用集成电路来制造计算机，IBM选择了仙童半导体的光刻工艺和产线，并为IBM360计算机投入总计50亿美元，这一金额是美国研制第一颗原子弹曼哈顿工程的2.5倍。
1964年IBM在全球发布了一个系列6台计算机，起名叫做IBM360，这是具有划时代意义的大型电脑，是世界上首个指令集可兼容计算机。
它的巨大成功反过来推动了美国、日本等厂商的光刻技术和集成电路产业发展。1963年，日本电气公司（NEC）自美国仙童半导体获得planar technology的授权。
日本政府要求NEC将取得的技术和国内其他厂商分享。由此项技术的引进，日本的NEC、三菱、京都电气等乃开始进入半导体产业。由此日本半导体行业进入了高速发展阶段。
当时佳能和尼康就开始进入了光刻机领域，当时日本为了发展半导体，可以说举国之力，日本政府和日本企业共同出资投入了千亿来促进半导体产业的发展。
70 年代初，光刻机技术更多集中在如何保证十个甚至更多个掩膜版精准地套刻在一起。Kasper 仪器公司首先推出了接触式对齐机台并领先了几年，Cobilt 公司做出了自动生产线，但接触式机台后来被接近式机台所淘汰，因为掩膜和光刻胶多次碰到一起太容易污染了，所以后来投影式光刻系统取代了它。
1978 年，GCA 推出真正现代意义的自动化步进式光刻机 (Stepper)，分辨率比投影式高 5 倍达到 1 微米。这个怪怪的名字来自于照相术语 Step and Repeat，这台机器通俗点说把透过掩膜的大约一平方厘米的一束光照在晶圆上，曝光完一块挪个位置再刻下一块。但是因为生产效率不高，所以投影式光刻机仍然占据了主导地位。
而到了70年代末，尼康因为可以自己生存镜片，在生产效率上远超过GCA，1982 年，尼康在硅谷设立尼康精机，开始从 GCA 手里夺下一个接一个大客户：IBM、Intel、TI、AMD 等。
到了 1984 年，尼康已经和 GCA 平起平坐，各享三成市占率。Ultratech 占约一成，Eaton、P&E、佳能、日立等剩下几家每家都不到 5%。
而这个时候，尼康的敌人ASML开始正式成立，当时飞利浦在实验室里研发出 Stepper 的原型，但是没有人愿意买，所以后来独立了出去。
ASML最早成立时的简易平房，后面的玻璃大厦是飞利浦另一方面
美日光刻机大战
1986年，半导体市场遭遇大滑坡，美国的光刻机企业或破产或被收购，可以说全部崩塌，美国的光刻机时代宣告结束，而这个时候美国开始扶持其他的光刻机企业，开始重征市场，这就是ASML。
ASML在GCA步进式光刻机的基础上进行升级，首先推出了步进式扫描投影光刻机，此前的扫描投影式光刻机在光刻时硅片处于静止状态，通过掩模的移动实现硅片不同区域的曝光。 而GCA的自动化步进式光刻机实现了光刻过程中，掩模和硅片的同步移动， 并且采用了缩小投影镜头，缩小比例达到 5： 1， 有效提升了掩模的使用效率和曝光精度，将芯片的制程和生产效率提升了一个台阶，步进式扫描投影光刻机的出现开始让ASML慢慢崭露头角。
再推出两代光刻机后，1994年ASML的市场份额只有18%，但设计超前的8英寸PAS5500成为扭转时局的重要产品，另外1995年的IPO也给ASML插上了翅膀。率先采用PAS5500的台积电、三星和现代(后来的Hynix)很快决定几乎全部光刻改用ASML。
ASML正在快速崛起，而这个时候尼康还沉浸在打败美国光刻机企业的快乐之中，两家企业最终在21世纪初正面交锋。
我们要知道，因为光学光刻是通过光的照射用投影方法将掩模上的大规模集成电路器件的结构图形画在涂有光刻胶的硅片上，通过光的照射，光刻胶的成分发生化学反应，从而生成电路图。限制成品所能获得的最小尺寸与光刻系统能获得的分辨率直接相关，而减小照射光源的波长是提高分辨率的最有效途径。
光刻机的最小分辨率由公示 R=kλ/NA，其中 R 代表可分辨的最小尺寸，对于光刻技术来说， R 越小越好； k 是工艺常数； λ 是光刻机所用光源的波长； NA 代表物镜数值孔径，与光传播介质的折射率相关，折射率越大， NA 越大。光刻机制程工艺水平的发展均遵循以上公式
光刻机发展这么久，最主要的还是所使用的光源的改进，每次光源的改进都显著提升了升光刻机的工艺制程水平，以及生产的效率和良率。
从最早的436波长，90 年代前半期，光刻开始使用波长 365nm i-line，后半期开始使用 248nm 的 KrF 激光。激光的可用波长就那么几个，00 年代光刻开始使用 193nm 波长的 DUV 激光，这就是著名的 ArF 准分子激光。
193nm波长可以将芯片的工艺节点提升到65nm,但是过了很久，半导体行业还是没有思考出超越193nm 的方案，科学家和产业界提出了各种超越 193nm 的方案，其中包括 157nm F2 激光，电子束投射 (EPL)，离子投射 (IPL)、EUV(13.5nm) 和 X 光，
其中，光刻机霸主尼康打算超长发挥，选用未来技术，也就是0.004nm，然而这个技术难度太过于先进了。
这个时候，入股了ASML的台积电里，有一个专家叫林本坚，他在IBM负责不断提高成像技术，一干就是22年，2000年加入了台积电。
在IBM时期，林本坚就十分具有创新想法，IBM有很多人在研究X光微影，而林本坚属于“少数派”——他带领一个小组研发深紫外光微影。最后证明了林本坚的想法是正确的。
当时这么多光刻机企业提出的方案失败，是因为当时这些专家一心都想要找新的光源来替代193nm DUV 激光。
但是他们找的这些液体粘性很大，不适合，因为镜头下面的晶面是动的，一小时要照250片，动得很快，这些液体的粘性大，摩擦力大，很难让晶面在里面去动。而且有些液体是污染或浸蚀镜头与镜面的，有些很难洗净，有些不太透光。
而林本坚的想法却非常非常简单，他发现157nm波长的光是无法通过水的。而如果193纳米光在水里折射之后，波长变成132nm，比大家研究的157nm还要短，可以把解析度提高46%，就直接跳过了现157nm波长。
所以他提出在晶圆光刻胶上方加 1mm 厚的水。水可以把 193nm 的光波长折射成 134nm，这就是浸没式光刻机。
当时ASML采纳了林本坚的想法，ASML 在一年的时间内就开发出样机，充分证明了该方案的工程友好性。
随后，台积电也是第一家实现浸入式量产的公司，追上之前制程技术遥遥领先的英特尔，成为了晶圆代工市场的霸主。
而尼康在AMSL后脚宣布自己的 157nm 产品以及 EPL 产品样机完成。然而，浸入式属于小改进大效果，产品成熟度非常高，所以几乎没有人去订尼康的新品。尼康被迫随后也宣布去做浸入式光刻机。
Nikon的设计概念
ASML则已经有了成熟的产品，也已经和下游厂商过了磨合期，尼康的产品无人肯用，这也导致了一大批使用尼康产品的日本半导体厂商溃败，本来美国的半导体产业就已经被美国重创，如今更是凉凉。
尼康在 2000 年还是老大，但到了 2009 年 ASML 已经市占率近 7 成遥遥领先。可以说垄断了光刻机市场，到如今ASML在光刻机市场可以说一家独大，加上后来不断改进的高 NA 镜头、多光罩、FinFET、Pitch-split、波段灵敏的光刻胶等技术，浸入式 193nm 光刻机可以生产出7nm的芯片。
教训
在美国入股下的ASML在技术上具有前瞻性，而且也有敢于实验的魄力，帮助美国最终在光刻机大战中取得了胜利，在这其中，林本坚提出的方案可以说起到了不可替代的作用。
以如今最先的EUV光刻机为例，英特尔说服了美国政府，由英特尔和美国能源部牵头，集合了当时还如日中天的摩托罗拉以及 AMD，以及享有盛誉的美国三大国家实验室：劳伦斯利弗莫尔实验室，劳伦斯伯克利实验室和桑迪亚国家实验室，投资两亿美元集合几百位顶级科学家成立了 EUV LLC组织，从理论上验证 EUV 可能存在的技术问题。
ASML成为了EUV的实践者，后来EUV LLC 组织解散，ASML还是坚持了EUV 的研发，而台积电、英特尔、三星每年也给予了ASML资金支持，并且最终证明了EUV光刻机的可行性，一台 EUV 光刻机重达 180 吨，超过 10 万个零件，需要 40 个集装箱运输，安装调试都要超过一年时间，可以说是人类顶尖工业皇冠上的明珠。
要知道5nm光刻，是在比头发丝还细千倍的地方挑战激光波长和量子隧穿的极限。
而尼康，因为当时日本已经陷入了经济泡沫，半导体产业也被美国重创，日本政府也不敢再支持半导体企业进行研发，缺乏了有力支持的尼康，虽然有创新的想法，但是却缺少实践的魄力。
而且当时光刻机利润比较低，尼康的重视程度比较低，都是导致失败的原因。
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