在半导体产业中，芯片制程的微缩代表着更强的性能、更低的功耗以及更小的尺寸。所谓“5纳米制程”，指的是芯片中晶体管关键结构的特征尺寸约为5纳米（nm），相当于一个DNA双螺旋宽度的一半。这一工艺节点已经进入原子级尺度，制造难度极高。

光刻机是芯片制造的核心设备之一，其作用是在晶圆上转印电路图案，类似于将复杂的“电路照片”曝光到晶圆表面。每一代芯片制程的进步，都离不开光刻技术的提升。5nm制程的实现，标志着人类制造精度已迈入极限边缘，而光刻技术则是突破这一极限的关键支柱。

一、为什么5nm制程如此困难？

随着制程从10nm缩小到5nm，芯片上的晶体管数量急剧上升。在5nm节点，一个指甲大小的芯片可能集成超过150亿个晶体管。要在这么小的空间中容纳如此多的电路，需要将每个晶体管的结构极限地压缩，同时保证电气性能和制造良率。

最大难点之一，就是图案的“刻画”——也就是通过光刻，将纳米级电路图案准确无误地转印到硅晶圆表面。这就需要极高分辨率的光刻机，能够在极小尺度下保持图形的完整性与一致性。

而影响光刻精度的核心因素，就是光源的波长。波长越短，成像分辨率越高；但制造设备的技术难度也越大。

二、从DUV到EUV：光刻技术的进化

早期的光刻机使用的是“深紫外光”（DUV），波长为193纳米。由于远远大于5纳米的目标尺寸，为了能在这样的波长下“画”出更小的图案，制造商采用了各种辅助技术，如双重图案化、四重图案化等工艺。这种方式虽能达到目标分辨率，但过程复杂、步骤繁多、良率难以控制。

为了根本性地提升分辨率，业界引入了极紫外光刻（EUV）技术。EUV使用13.5纳米波长的极紫外光，是目前波长最短、分辨率最高的光刻方式。它的出现，彻底改变了芯片制造格局，特别是在5nm及以下制程中，成为不可或缺的核心工具。

三、EUV光刻在5nm制程中的应用

EUV光刻的最大优势是单次曝光即可实现5nm级别的图案刻画，相比DUV的多次曝光，大幅简化流程，提高效率，降低误差风险。

在5nm工艺中，EUV通常用于**关键层（critical layers）**的图案制作，比如金属层、栅极层等最精细的结构部分。其余非关键层仍可能使用DUV光刻完成，从而在成本与效率之间取得平衡。

具体而言，EUV可以：

提高图案线宽控制精度

降低图形偏移与失真风险

简化多重图案流程，提高良率

缩短生产周期，节省制造成本

但EUV也并非没有挑战。例如，它需要在真空中运行；使用的是多层反射镜系统，光能传输效率低；光源功率不稳定；光刻胶材料还在不断优化中。这些问题都使得EUV设备极其昂贵且难以维护。

目前，全球只有荷兰ASML公司能够量产EUV光刻机。每台设备价格高达1.5亿美元以上，运输安装周期长达6个月以上，因此只有极少数顶级晶圆厂具备部署和维护能力。

四、5nm制程的代表厂商与芯片

目前全球有能力量产5nm芯片的企业主要包括：

台积电（TSMC）：全球最早实现5nm量产，主要客户包括苹果、高通、AMD 等。

三星电子（Samsung Foundry）：同样拥有5nm生产能力，布局手机与服务器芯片市场。

英特尔（Intel）：虽起步稍晚，但也计划采用EUV技术应用于其Intel 4和Intel 3节点。

代表性的5nm芯片有：

苹果A14、A15仿生芯片：用于iPhone 12/13系列。

高通骁龙888：安卓旗舰处理器。

三星Exynos 2100：三星自主研发的旗舰SoC。

这些芯片普遍具备更强性能、更高能效比，能够在智能手机、AI计算、边缘计算等领域提供出色表现。

五、未来趋势：Beyond 5nm

尽管5nm制程已经非常先进，但技术发展并未停止。各大厂商正加速向3nm甚至2nm推进。在这些更先进节点中，EUV仍然是核心技术，而且将逐步引入“高数值孔径EUV”（High-NA EUV）技术，以进一步提升分辨率和图案精度。

与传统EUV相比，High-NA EUV 的镜头系统更复杂，图像放大倍率更高，有助于实现2nm以下制程的需求。目前，ASML计划于2025年前后向主要客户交付第一批High-NA设备，台积电与英特尔已表示将率先部署。

六、总结

5nm制程是现代芯片制造的一个重要里程碑，而光刻机，特别是极紫外光刻机，是实现这一里程碑的“神兵利器”。从DUV到EUV，光刻技术的发展不仅推动了摩尔定律的延续，也重新定义了芯片设计、制造与测试的全流程。