光刻機(jī)是半導(dǎo)體芯片制造過程中不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備，其功能是在硅晶圓上精確刻畫電路圖案。隨著集成電路制程節(jié)點(diǎn)向7納米、5納米、甚至2納米發(fā)展，光刻技術(shù)的分辨率、穩(wěn)定性、自動(dòng)化程度和成本控制能力直接決定了一家芯片制造廠商的技術(shù)競爭力。

最傳統(tǒng)的光刻方式是接觸式和鄰近式光刻，使用較長波長的紫外光（如365nm的i-line或405nm的h-line）將掩膜圖案轉(zhuǎn)印到光刻膠上。它們的成像方式簡單，設(shè)備成本低，但分辨率較差，容易產(chǎn)生掩膜損耗和圖案變形，適合用在教學(xué)、低端電路或微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）原型制作中。在現(xiàn)代高端芯片制造中，這種方法已基本淘汰。

目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)量產(chǎn)的光刻技術(shù)是深紫外投影光刻（DUV），主要采用193nm波長的ArF激光光源。在高端制程中，為提高分辨率，常結(jié)合浸沒式技術(shù)（Immersion），即在晶圓與鏡頭之間加入水，以提升光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑（NA），從而提高圖像解析力。DUV 投影光刻技術(shù)成熟，光刻速度快，產(chǎn)能高，適用于28nm至7nm之間的主流芯片工藝。但由于其光源波長受限，單次曝光的極限分辨率約在38nm左右，因此在制程微縮至10nm以下時(shí)，往往需要通過多重圖案化（Multi-patterning）技術(shù)，例如雙重圖案化（LELE）或四重圖案化（SAQP），這極大增加了工藝復(fù)雜性和成本。

極紫外光刻（EUV）是當(dāng)前先進(jìn)芯片制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。其采用13.5nm波長的極紫外光，在真空環(huán)境下通過多層反射鏡系統(tǒng)將掩膜圖案投影到晶圓上。由于波長極短，EUV可以實(shí)現(xiàn)單次曝光約13-20nm的分辨率，極大簡化了圖案化工藝流程，降低多重圖案引起的誤差累積與良率下降問題。目前臺(tái)積電、三星和英特爾已在7nm及更先進(jìn)制程中大規(guī)模使用EUV光刻。然而，EUV的技術(shù)挑戰(zhàn)極高，包括極難制造的多層掩膜、易污染的反射鏡、光源功率受限以及高昂的設(shè)備成本（單臺(tái)價(jià)格高達(dá)1.5億美元以上）。此外，EUV系統(tǒng)必須在真空中運(yùn)行，并且對系統(tǒng)對準(zhǔn)、震動(dòng)控制要求極為苛刻。

除了投影式光刻，電子束直寫光刻（EBL）是一種不依賴掩膜的“maskless”寫入方式。它通過聚焦電子束逐點(diǎn)掃描光刻膠表面，按照預(yù)設(shè)圖案直接“畫圖”，實(shí)現(xiàn)極高分辨率的圖形加工。由于電子波長遠(yuǎn)短于光波，EBL可以實(shí)現(xiàn)亞10納米甚至2納米級別的圖案分辨率，適合納米器件開發(fā)、實(shí)驗(yàn)室樣品加工和科研原型設(shè)計(jì)等高精度但低產(chǎn)能的應(yīng)用場景。其缺點(diǎn)是寫入速度慢，不適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。此外，電子束會(huì)帶來電荷積聚與散射效應(yīng)，對圖形保真度與均勻性構(gòu)成挑戰(zhàn)。

離子束光刻（IBL）與EBL原理相似，區(qū)別在于使用離子（如Ga+、He+）代替電子作為寫入粒子。由于離子的質(zhì)量遠(yuǎn)高于電子，其散射角更小、直寫路徑更為穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)更深層、更精細(xì)的圖案加工。IBL也具有高分辨率與無需掩膜的特點(diǎn)，在材料科學(xué)、納米光子學(xué)和芯片修補(bǔ)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。然而，其加工速度更慢，成本更高，且對樣品損傷也更嚴(yán)重，限制了其廣泛應(yīng)用。

綜上所述，各類光刻技術(shù)具有不同的特點(diǎn)與適用場景。傳統(tǒng)的接觸式光刻成本低，但分辨率差，僅適合初級研發(fā)。DUV光刻目前仍是工業(yè)量產(chǎn)的主力，配合多重圖案化工藝能覆蓋至7nm節(jié)點(diǎn)，但技術(shù)復(fù)雜度高。EUV光刻則是先進(jìn)制程的關(guān)鍵，分辨率高，效率高，正在逐步取代DUV在高端制程中的地位。EBL和IBL雖然分辨率極高，但由于寫入速度慢、設(shè)備昂貴，主要用于科研與試產(chǎn)。

未來的光刻發(fā)展趨勢將包括高數(shù)值孔徑EUV（High-NA EUV）的推廣、光刻膠材料的創(chuàng)新、AI輔助圖案優(yōu)化，以及光刻與刻蝕、檢測等工藝的深度集成。在這個(gè)“納米級印刷術(shù)”的技術(shù)前沿，光刻機(jī)依然是決定芯片制造極限的重要因素，也是各大半導(dǎo)體強(qiáng)國角力的核心戰(zhàn)場。