光刻机是半导体芯片制造过程中不可或缺的关键设备，其功能是在硅晶圆上精确刻画电路图案。随着集成电路制程节点向7纳米、5纳米、甚至2纳米发展，光刻技术的分辨率、稳定性、自动化程度和成本控制能力直接决定了一家芯片制造厂商的技术竞争力。

最传统的光刻方式是接触式和邻近式光刻，使用较长波长的紫外光（如365nm的i-line或405nm的h-line）将掩膜图案转印到光刻胶上。它们的成像方式简单，设备成本低，但分辨率较差，容易产生掩膜损耗和图案变形，适合用在教学、低端电路或微机电系统（MEMS）原型制作中。在现代高端芯片制造中，这种方法已基本淘汰。

目前广泛应用于工业量产的光刻技术是深紫外投影光刻（DUV），主要采用193nm波长的ArF激光光源。在高端制程中，为提高分辨率，常结合浸没式技术（Immersion），即在晶圆与镜头之间加入水，以提升光学系统的数值孔径（NA），从而提高图像解析力。DUV 投影光刻技术成熟，光刻速度快，产能高，适用于28nm至7nm之间的主流芯片工艺。但由于其光源波长受限，单次曝光的极限分辨率约在38nm左右，因此在制程微缩至10nm以下时，往往需要通过多重图案化（Multi-patterning）技术，例如双重图案化（LELE）或四重图案化（SAQP），这极大增加了工艺复杂性和成本。

极紫外光刻（EUV）是当前先进芯片制造的关键技术之一。其采用13.5nm波长的极紫外光，在真空环境下通过多层反射镜系统将掩膜图案投影到晶圆上。由于波长极短，EUV可以实现单次曝光约13-20nm的分辨率，极大简化了图案化工艺流程，降低多重图案引起的误差累积与良率下降问题。目前台积电、三星和英特尔已在7nm及更先进制程中大规模使用EUV光刻。然而，EUV的技术挑战极高，包括极难制造的多层掩膜、易污染的反射镜、光源功率受限以及高昂的设备成本（单台价格高达1.5亿美元以上）。此外，EUV系统必须在真空中运行，并且对系统对准、震动控制要求极为苛刻。

除了投影式光刻，电子束直写光刻（EBL）是一种不依赖掩膜的“maskless”写入方式。它通过聚焦电子束逐点扫描光刻胶表面，按照预设图案直接“画图”，实现极高分辨率的图形加工。由于电子波长远短于光波，EBL可以实现亚10纳米甚至2纳米级别的图案分辨率，适合纳米器件开发、实验室样品加工和科研原型设计等高精度但低产能的应用场景。其缺点是写入速度慢，不适合大规模工业生产。此外，电子束会带来电荷积聚与散射效应，对图形保真度与均匀性构成挑战。

离子束光刻（IBL）与EBL原理相似，区别在于使用离子（如Ga+、He+）代替电子作为写入粒子。由于离子的质量远高于电子，其散射角更小、直写路径更为稳定，能够实现更深层、更精细的图案加工。IBL也具有高分辨率与无需掩膜的特点，在材料科学、纳米光子学和芯片修补等领域具有重要应用。然而，其加工速度更慢，成本更高，且对样品损伤也更严重，限制了其广泛应用。

综上所述，各类光刻技术具有不同的特点与适用场景。传统的接触式光刻成本低，但分辨率差，仅适合初级研发。DUV光刻目前仍是工业量产的主力，配合多重图案化工艺能覆盖至7nm节点，但技术复杂度高。EUV光刻则是先进制程的关键，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虽然分辨率极高，但由于写入速度慢、设备昂贵，主要用于科研与试产。

未来的光刻发展趋势将包括高数值孔径EUV（High-NA EUV）的推广、光刻胶材料的创新、AI辅助图案优化，以及光刻与刻蚀、检测等工艺的深度集成。在这个“纳米级印刷术”的技术前沿，光刻机依然是决定芯片制造极限的重要因素，也是各大半导体强国角力的核心战场。