光刻机的核心作用
光刻机是半导体制造的核心设备，决定了芯片电路的精细程度。它的工作原理是利用光源将掩模版（Mask）上的电路图案投射到硅晶圆上，并通过光刻胶的曝光和显影，使微米级甚至纳米级的电路结构在硅片上成型。
光刻机的分辨率主要受光源波长的影响。随着芯片工艺的进步，需要更短波长的光来刻画更小的线宽，因此光刻技术经历了多次波长缩短的演进，从早期的紫外光（UV）逐步发展到深紫外光（DUV）和极紫外光（EUV）。
光刻机波长的发展历程
半导体工艺不断缩小制程节点，从最早的微米级工艺发展到如今的2纳米以下，光刻机的光源波长也随之不断降低，以满足更高的分辨率要求。以下是光刻机波长演进的关键阶段：
2.1 传统紫外光（UV）光刻
波长：g线（436nm）、i线（365nm）
时间：1970-1990年代
应用：1μm及以上制程
最早的光刻技术使用汞灯作为光源，发出g线（436nm）和i线（365nm）波长的紫外光。这些光源适用于较大的制程节点，如1微米以上的电路。然而，随着晶体管尺寸缩小，g线和i线的分辨率逐渐无法满足需求。
2.2 深紫外光（DUV）光刻
波长：KrF（248nm）、ArF（193nm）
时间：1990年代至今
应用：0.35μm至7nm制程
为了突破i线光刻的分辨率极限，科学家们引入了准分子激光（Excimer Laser）作为光源：
KrF（氟化氪）248nm光刻：应用于0.35微米至90纳米工艺。
ArF（氟化氩）193nm光刻：进一步推动至90纳米以下制程。
当193nm光刻遇到分辨率瓶颈时，半导体工业通过以下两种技术延长其使用寿命：
浸没式光刻（Immersion Lithography）：在投影镜头与晶圆之间填充纯水，增加光的折射率，从而提高分辨率。这一技术使193nm光刻机成功延续至7纳米节点。
多重曝光技术（Multiple Patterning）：通过重复曝光，人工分割更小的图案，以突破单次曝光的极限，应用于5nm以下制程。
尽管DUV光刻机已被EUV光刻逐步取代，但由于EUV光刻机成本高昂，DUV仍在7nm及以上制程中广泛应用。
2.3 极紫外光（EUV）光刻
波长：13.5nm
时间：2010年代至今
应用：7nm及以下制程
当193nm波长无法再通过光学技术提升分辨率时，半导体行业转向了极紫外光（EUV）技术。EUV的波长为13.5nm，远远短于DUV，使其能够直接刻画7nm及以下的电路结构，减少对多重曝光的依赖。
EUV光刻的关键特点
短波长带来的高分辨率：EUV光源的波长只有13.5nm，相比193nm光源，能够直接刻画更小的线宽，提高精度。
光源复杂度极高：EUV光刻机使用的光源是由二氧化锡（Sn）等离子体激光产生的，光源能量极低，需要高功率激光轰击液态锡滴来产生足够的光子。
反射式光学系统：EUV光无法穿透普通透镜，因此光刻机采用特殊的多层反射镜（布鲁斯特镜）进行光束控制，而非传统透镜。
昂贵且产能有限：EUV光刻机的制造难度极高，全球唯一的供应商为荷兰ASML公司，每台EUV光刻机的价格高达1.5亿美元以上，并且交付周期长。
目前，EUV光刻技术已经应用于5nm、3nm制程，并将延续至2nm及以下芯片制造。
未来光刻机波长的趋势
虽然EUV光刻目前是最先进的技术，但行业仍在探索更短波长的新技术，以进一步提升分辨率和制造能力。
3.1 高数值孔径（High-NA）EUV
波长：13.5nm
特性：提升数值孔径，提高分辨率
预计应用：2nm以下制程
高数值孔径（High-NA）EUV是对现有EUV光刻机的升级版本，其关键改进点在于提高光学系统的数值孔径，使得13.5nm波长光能够进一步刻画更小的结构。ASML计划在2025年左右推出High-NA EUV光刻机，主要用于2nm及以下的芯片制造。
3.2 X射线光刻（Soft X-ray Lithography）
波长：1-2nm
特性：极短波长，理论上可突破EUV限制
挑战：X射线光学系统尚未成熟
X射线光刻技术曾在上世纪被研究，但由于光学器件的难题未能大规模应用。随着芯片工艺需求不断增加，科学家们可能会重新探索X射线作为光刻光源的可能性。
3.3 纳米压印光刻（Nanoimprint Lithography, NIL）
波长：非光学方法
特性：使用物理压印技术刻画纳米级结构
挑战：工艺速度较慢，良率较低
纳米压印技术是一种非光学光刻方法，它通过模具直接在晶圆上压印图案，理论上可以实现更小的线宽，甚至低于1nm。但目前该技术在大规模生产中的应用仍然有限，主要用于特定领域如存储器制造。
总结
光刻机的波长从早期的436nm（g线）逐步缩短到13.5nm（EUV），这一进程推动了半导体工艺从微米级发展到如今的2nm以下。随着摩尔定律的延续，未来仍可能出现高数值孔径EUV、X射线光刻等更先进的技术，以进一步突破工艺极限。
EUV光刻已成为当今先进制程的主流技术，而未来光刻技术将围绕更短波长、更高分辨率和更高生产效率展开，助力芯片制造迈向更精细、更强大的时代。
