芯片的生产过程大致如下。
首先，要做出高纯度的硅。硅是一种很常见的元素，我们日常随处可见的沙子中就富含二氧化硅。将自然界存在的硅原料在高温下进行多次提纯和整形，最终可以得到纯度极高的圆柱体形状的单晶硅锭。
将单晶硅锭像香肠切片一样横向切割，得到厚度不超过1毫米的硅片，也就是晶圆（wafer）。我们为什么把芯片工厂称为晶圆厂（foundry），就是因为芯片是在晶圆上加工出来的。相对应地，不做芯片制造的芯片设计公司也被称为无晶圆厂（fabless）。
然后，就要在硅片上做出电路。这个过程大致包括：（1）画出线路图；（2）把线路图刻到玻璃板上，制成掩膜（也叫光罩），相当于做出照片的底片；（3）把掩膜上的线路图用强光投射到涂了一层非常薄、非常均匀的光刻胶的硅片上，光刻胶被强光照射的部分变得可以溶解，就像洗照片一样，在硅片上曝光出线路图；（4）对硅片上的线路图多次使用刻蚀、扩散、沉积等工艺做出复杂的晶体管和电路网络，最终做出来的芯片就像是迷你的多层城市交通网络。
最后，将晶圆切割成一块块芯片内核，将芯片内核与衬底、散热片等封装到一起，就形成了一个完整的芯片。芯片还得通过测试，确保达到设计的功能，才能最终出厂。
如果把制作芯片比作刻版画，芯片生产的过程就是在硅衬底这张“纸”上，先涂上一层名为光刻胶的“油墨”，再用光线作“笔”，在硅衬底上“拓”出需要的图案，然后用化学物质作“刻刀”，把图案雕刻出来。其中，以光线为笔拓印图案这一步被称为光刻，图案线条的粗细直接影响后续雕刻的精细程度。
在芯片制造的几百道工序里，光刻是最重要的步骤。一块芯片在整个生产过程中需要光刻二三十次，耗时占生产过程的一半，成本能占到三分之一。光刻不仅影响晶圆厂的生产效率及成本，还决定了芯片的工艺制程，晶体管的尺寸必须由光刻来确定，所以光刻机在半导体产业中占据着极为重要的地位。
光刻技术的诞生比芯片还早。1955年，贝尔实验室的朱尔斯·安德鲁斯和沃尔特·邦德合作实现了在硅片上用光刻加工出电子元器件的方法。他们俩在二氧化硅的氧化膜上均匀涂抹一层具有高度光敏感性的光刻胶，做成一个类似幻灯片一样的掩膜，然后将光线把掩膜上的电子线路图案投射到硅片上，被光线照射到的光刻胶会发生化学反应。再用特定显影液洗去光刻胶，就完成了把电路图从掩膜转移到硅片上的流程，最后用扩散技术做出晶体管。
芯片诞生之初，晶体管的尺寸还比较大，光刻没有多少技术含量。当时的半导体公司通常自己设计生产芯片的工艺装备，比如发明平面工艺的仙童最早是直接拿16毫米的电影镜头来进行光刻。英特尔也自己设了个光刻机部门，没事就买一些零件组装几台光刻机玩玩。1961年，美国地球物理学公司（GCA）造出了第一台重复曝光光刻机（photo repeater）。GCA有一手绝活，它的“微米轮”——带有导程螺丝杆和微米线的手动定位装置，能够定位到1微米的精度，远远超过当时其他仪器仅仅25微米的定位精度。GCA在整个20世纪60年代占据了光刻机市场的主导地位，占据了60%到70%的市场份额。
GCA以3万美元的价格卖了一台重复曝光光刻机给飞利浦，飞利浦以此为起点开始研究光刻机。在中国消费者的心目中，飞利浦是荷兰的一家老牌的消费电子厂商，飞利浦品牌以质量优越、做工精美的小家电产品闻名于世。一般人不知道，在20世纪，飞利浦还是一家著名的芯片制造厂。在功能手机时代，诺基亚和爱立信等著名手机品牌都离不开飞利浦供应的芯片。为了提高芯片产品的竞争力，1966年，飞利浦物理实验室正式对光刻机进行立项。
飞利浦对市场上的20个镜头进行检测，认为德国蔡司（Zeiss）镜头的质量是最好的。但蔡司对这么小的订单不感兴趣，飞利浦只好找了法国的CERCO公司来作为镜头的供应商。飞利浦很快就开发出了重复曝光光刻机光刻机。当时的光刻机是接触式的，掩膜直接放在硅片上进行曝光。这个技术非常简单，是直接从相片洗印技术发展过来的。掩膜与光刻胶多次触碰容易产生污染，而且掩膜在和硅片接触后会造成磨损，大概用个十来次就报废了。飞利浦的重复曝光光刻机很受欢迎。但他们清楚，这个生意做不长久，必须进一步研发非接触式的光刻机。(www.xing528.com)
如果将掩膜和硅片拉开距离，即使仅仅0.1微米，光线也会出现散射，光刻效果就会差很多。所以，接近式光刻机只是个过渡产品。为了解决散射问题，人们在掩膜和硅片之间加上透镜，这就有了投影式光刻机。投影式光刻不仅解决了接触式和接近式光刻存在的种种问题，还能够达到缩印的效果。之前的光刻，掩膜和硅片上的图形是1∶1同样大小的，所以掩膜的分辨率决定了硅片的分辨率。掩膜的分辨率很难提高，达到1微米已经是极限，这就决定了使用接触式或接近式光刻是无法进一步提高刻到硅片上的线路图的精细度的。投影式光刻则可以在不提高掩膜精度的前提下，将硅片上的光刻分辨率实现从微米级向纳米级提升。
1973年，拿到美国军方投资的珀金埃尔默科学仪器公司（Perkin Elmer）率先推出了第一台投影式光刻机。珀金埃尔默公司在掩膜和硅片之间加了两个有凹面的球形透镜，一个球形透镜造成的图案畸变可由另一个球形透镜纠正回来，这样就既避免了掩膜和硅片的接触，又实现了缩印的效果。德州仪器花了9.8万美元购买了一台试用，发现不仅可以节约大笔采购掩膜的资金，还可将芯片良品率提高几十个百分点。听说德州仪器仅用10个月就收回了投影式光刻机的采购成本，各芯片厂的订单如潮水般涌向珀金埃尔默公司，不久后，新下单的客户得等到一年后才能收到货。英特尔正是用珀金埃尔默公司的投影光刻机造出了8086处理器，珀金埃尔默公司在20世纪70年代后期占据了90%的光刻机市场。
1978年，不甘落后的GCA公司推出了世界第一台自动化步进投影式光刻机（stepper）——DSW4800。DSW4800的分辨率可以达到1∶10，这相对于珀金埃尔默公司的投影式光刻机1∶1的分辨率来说是个巨大的进步。Stepper这个名字来自照相术语“步进重复”（step and repeat），意思是每次可以透过掩膜把大约一平方厘米的一束光照在晶圆上，曝光完一块芯片后，机器自动挪个位置再刻下一块。在此之前，挪位只能通过手工操作。随着晶圆面积变大，一块晶圆上要制作出的芯片数量也越来越多，步进光刻机显示出巨大的优势。一台步进光刻机要卖45万美元还供不应求。GCA重新成为光刻市场的领导者，中国一度把DSW作为光刻机的代名词。Stepper是第一台现代意义上的光刻机，后续的光刻机基本上都属于这种类型，差异只在于光学系统的变化。
和飞利浦一样，GCA也不自产镜头，需要解决镜头质量的问题。一开始，GCA的光刻机镜头直接用博士伦光学显微镜的物镜。后来，GCA开始向博士伦定制镜头，但博士伦很难提供能够满足GCA质量要求的镜头，有时一个批次里连一个合格的镜头都挑不出来。GCA只好寻找替代方案，他们认为，日本尼康镜头的质量是最好的。尼康于1917年由3家日本光学公司合并而成，专门制造照相机、显微镜、望远镜和光学仪器，在制造镜头上已经拥有半个世纪的经验。1981年，GCA销售了200台的步进光刻机，珀金埃尔默公司也交付了2400台投影式光刻机，全球光刻机市场的大半江山都在美国公司的手中。如果遇到产能不足，美国光刻机供应商会优先供应美国客户，这让蓄势待发的日本半导体企业相当不爽。
在光刻机进入投影时代以后，镜头质量越来越重要，尼康和佳能这样能自己造高质量镜头的专业相机厂家有很大的优势。1975年，佳能率先做出分辨率可达0.8微米的镜头，这也是全世界首次实现1微米以下的曝光，日本国立科学博物馆后来将其作为“重要科学技术历史遗产”收录。1976年，尼康和佳能受日本国家项目VLSI计划委托，开发将电路图案缩小为十分之一的晶圆曝光装备。20世纪80年代初，尼康发售了自己首台商用步进式光刻机NSR-1010G，采用自研镜头，拥有比GCA和佳能更先进的光学系统。1982年，尼康在硅谷设厂，开始从GCA手里夺下一个又一个大客户：IBM、英特尔、德州仪器、超威等。
在尼康和佳能崛起的同时，GCA却犯下了一系列的错误。DSW4800的巨大成功让它在短短三年时间内收入增加了8倍，达到1.1亿美元，拥有的工程师数量从10人增加到200多人。这时候，GCA面临着三个主要问题：管理好快速增长的业务，为客户提供优质服务和持续改进其步进光刻机。可是，它在研发上未能建立起统一的管理系统，19个开发团队独立做出各个模块，研发进度和磨合过程都显得杂乱无章，导致其光刻机经常宕机。它的研发人员对芯片制造工序缺乏了解，也不知道客户真正的需求，无法确定需要优先完成的项目。比如在过于超前的电子束光刻机项目上，GCA就浪费了1亿多美元。雪上加霜的是，GCA试图扩张成一站式的半导体设备供应商，为此又增加了40个开发团队，既分散了管理层的精力，浪费了三分之二的研发预算，又几乎没有贡献任何利润。
GCA最致命的问题还是出在光刻机所使用的镜片组。它的镜片组来自蔡司，傲慢的蔡司认为它的镜头质量非常可靠，完全不需要在出厂前做质量检验。因为交货压力巨大，GCA就听从了蔡司的意见。偏偏蔡司当时出品的镜头在密封剂上出现了很严重的质量问题。光刻机一开始运作良好，运行一段时间后成像质量就会下降，导致机器需要长时间停机做检修。因为不知道问题出在哪里，GCA迟迟没能解决这个质量问题，这是导致它迅速由盛转衰的重要原因。
光刻机市场风起云涌，各路豪杰轮番登场。至于飞利浦呢？市场占有率几乎为零。飞利浦的光刻机起了个大早，却连晚集都险些没能赶上。研发了十多年，竟然还没推出可以商用的制造芯片的光刻机。为什么会这样？飞利浦是个相当官僚的大型企业，研发部门（物理实验室）与生产部门（科学与工业部）之间有很深的隔阂，研究部门自视甚高，研发起光刻机来不紧不快，不听客户的意见，也不管怎么生产的事情，做出来的原型机很难被生产部门接受。飞利浦的光刻机在工程技术上拥有巨大的优势，它能把多个掩膜精准地套刻在一起，又能让光束在晶圆上进行极精确的移动定位，还能够长时间地连续工作。但它也有致命的缺陷，比如油压驱动，油污一旦泄漏，结果将是灾难性的，相当于80个标准大气压的压力会将油雾喷满整个车间，芯片厂需要停工几个月的时间才能将油污清理干净。但研发部门自以为油压驱动是确保精确定位的关键先进技术，迟迟没有改进为电动。生产部门为了提高芯片产品的竞争力，更愿意选用市场上最成熟的产品，不爱用自己企业的研发大老爷们闭门造车弄出来的麻烦玩意。
除了内因还有外因，飞利浦光刻机缺乏生态环境。美国为什么能涌现那么多光刻机厂家？是因为有许多芯片小厂乐于选用价格低廉又最适合自己需求的小品牌光刻机。后来阿斯麦尔的第一款商用光刻机PAS2400最大的客户是美国的一家小芯片厂，这就很能说明问题。
飞利浦决定，必须尽快把光刻机这个不赚钱的“个人爱好”处理掉。
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