ASML光刻机是当今半导体制造中最复杂、最核心的设备，被誉为“芯片之母”。它的作用是将电路图案精确地转印到硅片表面，是集成电路制造的关键环节。

一、光刻的基本原理

光刻（Lithography）是一种利用光化学反应在硅片表面形成微小图案的技术。

它的基本过程包括：

涂胶：在硅片表面旋涂一层光刻胶，这是一种对光敏感的高分子材料。

曝光：通过光刻机，用强紫外光照射掩模（即电路图案模板），再将图案光学缩小并投影到光刻胶上。

显影：曝光后，光刻胶中被照射的区域发生化学变化，在显影液中被溶解或保留下来，形成所需图案。

刻蚀：通过化学或等离子刻蚀技术，将图案转移到下方的硅片或金属层。

这样一层层叠加，就形成完整的芯片电路结构。

二、ASML光刻机的核心结构

ASML光刻机体积庞大、结构复杂，由十几万个零部件组成，主要包括以下几个关键系统：

光源系统

光源是光刻机的“心脏”。

在DUV机型中，使用准分子激光（KrF 248nm 或 ArF 193nm），由Cymer或Gigaphoton提供。

在EUV机型中，使用13.5纳米极紫外光，通过激光轰击锡滴产生高能等离子体发光。

光源强度、波长和稳定性直接决定芯片图案的分辨率。

掩模（光罩）系统

掩模上刻有芯片电路的图案。光通过掩模时，被透明和不透明区域调制，形成对应的光学图案。掩模可视为“芯片蓝图”。

投影光学系统（镜头组）

由日本蔡司（Carl Zeiss）制造的高精度反射镜或透镜组成，用于将掩模上的图案缩小投射到硅片上。

在DUV机型中，通常为透射式光学镜头，缩小比例约为4倍或5倍。

在EUV机型中，由于EUV光无法透过透镜，全系统采用多层反射镜结构。

这些镜头表面平整度误差需控制在原子级别，是世界上最精密的光学组件。

晶圆平台系统（Stage）

晶圆放在精密运动平台上，平台能以纳米级精度移动。

曝光时光束逐点扫描硅片，平台需要高速、精准同步，保证图案对位精度达到几纳米以内。

对准与测量系统

用于保证每一层电路图案与前一层准确对齐。光刻一片芯片通常需要几十层曝光，对位误差若超过数纳米就会导致芯片失效。

三、成像与分辨率原理

光刻机的分辨率主要取决于光的波长和投影镜的数值孔径。波长越短，成像越精细。

ASML光刻技术的发展历程，就是不断缩短光源波长、提升镜头性能的过程。

从最早的g线（436nm）到i线（365nm），再到KrF（248nm）、ArF（193nm）、ArF浸没式（134nm有效波长），最终发展到EUV（13.5nm）。

EUV光刻使晶体管尺寸从几十纳米进一步缩小到2纳米量级，为高端芯片制造（如5nm、3nm工艺）提供了可能。

四、EUV光源的独特原理

EUV光刻机的光源极其复杂。它不是传统灯或激光，而是等离子体发光系统。

高功率CO₂激光以极高频率照射微小锡滴，锡被加热到上万度，形成等离子体。

等离子体辐射出13.5纳米的极紫外光，经过多层反射镜收集后，最终进入投影系统。

整个光路系统在真空中进行，因为EUV光无法在空气中传播。

五、浸没式技术与多重曝光

在193nm光刻阶段，ASML引入了“浸没式技术”。

在镜头与晶圆之间注入一层纯净水，使光在水中的折射率增大，相当于进一步缩短波长，从而提升分辨率。

同时，ASML还开发了多重曝光、光学邻近修正（OPC）等技术，进一步提高图形精度。

六、ASML的系统集成能力

ASML并不自己制造所有零件，它依赖全球供应链：

光学系统由蔡司提供

激光光源来自Cymer（已被ASML收购）

控制系统、传感器、真空腔体、冷却系统由各国厂商配合

ASML的优势在于整合这些高精密组件，形成完整、可量产的光刻平台。其EUV机型如NXE:3600D或EXE:5200，价格超过2亿欧元，每台包含超过45万个零件。

七、总结

ASML光刻机通过高能光源、超精密光学系统和纳米级运动控制，将掩模图案以极高精度复制到硅片上，是现代芯片制造的核心设备。

从DUV到EUV，ASML实现了光源波长从193纳米缩短到13.5纳米，使晶体管特征尺寸从百纳米跨入原子尺度。