一、光刻机“nm”的含义
光刻机多少nm,有两层含义:
光源波长:光刻机使用的曝光光源波长是多少,比如 g线光刻(436 nm)、i线光刻(365 nm)、KrF光刻(248 nm)、ArF光刻(193 nm)、EUV光刻(13.5 nm)。
支持的制程节点:光刻机通过光源、透镜和工艺优化后,能实现的最小特征尺寸是多少,即芯片制程工艺节点,比如 90 nm、28 nm、7 nm、3 nm。
需要注意:光刻机波长并不等于芯片工艺节点。例如,193 nm 的 ArF 浸没式光刻机,配合多重图形化技术(多重曝光、双重图形化、EUV 辅助等),依然能支持 7 nm 工艺。
二、光刻机主流波长与对应水平
g线(436 nm)、i线(365 nm)光刻机
主要用于早期工艺(> 250 nm)。
现在仍用于部分 MEMS、LCD、LED 等领域。
KrF光刻机(248 nm)
可实现约 130 nm~90 nm 工艺节点。
在2000年代初期大量使用,现在用于一些成熟工艺和功率器件生产。
ArF干式光刻机(193 nm)
支持 90 nm~65 nm 工艺。
成熟工艺产线仍有需求。
ArF浸没式光刻机(193 nm Immersion)
通过液体折射率提高数值孔径(NA),分辨率大幅提升。
可直接支持 45 nm、32 nm 工艺,结合 双重图形化、多重图形化 技术,延伸到 14 nm、10 nm,甚至 7 nm。
这就是为什么即便 EUV 稀缺,DUV 光刻机仍能在先进工艺中被大量使用。
极紫外光刻机(EUV, 13.5 nm)
分辨率大幅提升,可直接支持 7 nm 及以下工艺。
已经用于 7 nm、5 nm、3 nm 节点的量产。
目前由荷兰 ASML 独家供应,型号如 NXE:3400C/D、NXE:3600D、NXE:3800E。
高数值孔径EUV(High-NA EUV, 13.5 nm, NA=0.55)
仍使用 13.5 nm 光源,但通过更大数值孔径,实现更高分辨率。
可支持 2 nm、1.4 nm 节点的研发和生产。
ASML 已经交付首台 EXE:5000 给英特尔,预计 2026 年进入量产。
三、光刻机与芯片“nm”节点的关系
90 nm~65 nm:ArF干式光刻机即可完成。
45 nm~32 nm:ArF浸没式光刻机成为主力。
28 nm~14 nm:依靠 ArF 浸没式 + 多重曝光实现。
10 nm~7 nm:DUV 已经到极限,必须引入 EUV 光刻机。
5 nm~3 nm:EUV 光刻机全面应用,成为核心工具。
2 nm~1.4 nm(研发中):需要 High-NA EUV。
四、目前光刻机的最高水平
截至 2025 年:
DUV 光刻机:最先进的 ArF 浸没式光刻机仍在量产,应用广泛,支持至 7 nm(多重图形化)。
EUV 光刻机:已实现 7 nm、5 nm、3 nm 量产。ASML 最新的 NXE:3800E 可实现更高产能与精度,已交付台积电、三星、英特尔。
High-NA EUV 光刻机:首台 EXE:5000 已交付,用于 2 nm 以下技术研发,预计 2026~2027 年实现规模量产。
五、总结
光刻机到底多少nm,可以分为三个层次:
波长层面:
DUV:193 nm(主流)
EUV:13.5 nm(先进制程)
High-NA EUV:13.5 nm(更高NA,分辨率更高)
制程节点层面:
DUV 可支持 90 nm~7 nm(配合多重图形化)
EUV 支持 7 nm~3 nm
High-NA EUV 将支持 2 nm~1.4 nm
行业现状:
成熟工艺(28 nm 以上)主要靠 DUV。
先进工艺(7 nm 以下)必须依赖 EUV。
未来工艺(2 nm 以下)将依赖 High-NA EUV。
因此,光刻机“多少nm”不是单一数值,而是一个 波长—制程—技术的对应关系。目前最高水平是 EUV 光刻机可用于 3 nm 量产,High-NA EUV 正向 2 nm 发展。