沉浸式光刻机是一种在传统投影光刻基础上发展起来的高端光刻设备，其核心原理是在投影物镜与晶圆之间引入高折射率液体，从而突破空气条件下光学成像分辨率的物理极限。

要理解沉浸式光刻机的原理，首先要从普通光刻机说起。光刻的本质是利用光学成像，把掩模版上的微小电路图形，通过投影物镜缩小并曝光到涂有光刻胶的晶圆表面。成像分辨率主要由曝光波长和光学系统的数值孔径决定。传统干式光刻机中，物镜和晶圆之间充满空气，数值孔径受到空气折射率的限制，最高接近1，但难以继续提升。

沉浸式光刻机的突破点就在于改变光传播介质。在曝光过程中，沉浸式光刻机并不让光直接从物镜进入空气再到晶圆，而是在两者之间注入一层高纯度液体，通常是超纯水。水的折射率大约为1.44，显著高于空气的1.0。这一改变使得光在进入晶圆前的传播环境发生变化，从光学角度看，相当于“缩短了有效曝光波长”，从而提升了系统的数值孔径。

从成像机理上看，数值孔径与介质折射率成正比。引入水之后，投影物镜的数值孔径可以突破1.0，提升到1.3甚至更高。数值孔径增大，意味着系统能够分辨更细小的结构线条。因此，在不改变曝光光源波长的前提下，沉浸式光刻机就能实现比干式光刻机更小的线宽和更高的图形对比度。

在实际工作过程中，沉浸式光刻机的液体并不是简单“倒在晶圆上”。系统通过高度精密的流体控制模块，在晶圆表面和物镜之间形成一层稳定、连续、无气泡的液体薄层。晶圆在高速扫描运动时，液体需要随动流动，同时保持光学性能稳定。这对液体纯度、流速控制、温度稳定性和气泡抑制提出了极高要求。

沉浸液体的存在不仅影响光学成像，也对光刻胶和工艺流程产生影响。光刻胶必须能够耐受液体环境，避免溶胀或污染；曝光后的残留液体需要被迅速、均匀地清除，以免影响后续显影和刻蚀工艺。因此，沉浸式光刻机的原理不仅是一个光学问题，更是光学、机械、流体和材料工程的高度集成。

从系统结构上看，沉浸式光刻机在传统光刻机基础上增加了沉浸模块，但投影物镜、对准系统和双工件台等核心结构依然存在。由于成像精度进一步提高，系统对振动、热漂移和位置控制的要求更加苛刻，工件台的定位精度已经达到纳米级，甚至亚纳米级。

在技术意义上，沉浸式光刻机被视为“把DUV技术逼到极限”的代表。通过沉浸技术配合多重曝光、多重图形化工艺，193纳米波长的光刻系统仍然可以制造出远小于该波长的电路结构。这种能力在相当长一段时间内支撑了先进制程的发展，显著延缓了对更短波长光源的迫切需求。

总体来看，沉浸式光刻机的原理并不神秘，其本质是通过引入高折射率介质，提升光学系统的成像能力。