光刻机中的激光器，是整套光刻系统的“心脏光源”，其核心任务是提供稳定、单色性强、能量可控、重复频率极高的高品质光束，用于精确曝光晶圆上的光刻胶。不同代际光刻技术使用的激光类型不同，但其基本工作原理都建立在受激辐射与粒子数反转的物理机制之上。

在主流深紫外（DUV）光刻系统中，例如由 ASML 生产的193nm光刻机，通常采用的是氟化氩（ArF）准分子激光器。这类激光器属于气体激光器，其工作物质为稀有气体与卤素气体的混合物。在高压电场作用下，气体被激发形成短寿命的“准分子”激发态。当这些激发态分子回到基态时，会释放出特定波长的紫外光子，这一过程即受激辐射。由于基态本身不稳定，准分子激光天然具有单脉冲、短脉宽、高峰值功率的特点，非常适合高速曝光。

激光产生的核心原理是粒子数反转。通常情况下，原子或分子更多处于低能级状态，但通过外部能量（如高压放电）激发后，高能级粒子数超过低能级，从而形成反转状态。当一个光子经过时，会诱发更多同频率、同方向、同相位的光子发射，形成放大效应。通过谐振腔内多次反射放大，最终输出高度相干的激光束。

在193nm DUV系统中，激光器不仅要产生稳定波长，还要保证极高的重复频率和能量稳定性。现代光刻机每秒可发射数千个脉冲，每个脉冲能量误差必须控制在极小范围，否则会导致曝光剂量不均匀，影响线宽精度。因此，激光系统内部配备实时监测与反馈控制系统，对脉冲能量进行闭环调节。

当制程进入7纳米及更先进节点后，传统193nm波长已接近物理极限，于是发展出极紫外（EUV）光刻。EUV光源的原理与传统准分子激光不同。当前主流EUV系统仍由 ASML 主导，其光源并不是直接产生13.5nm激光，而是采用“激光诱导等离子体”技术。具体过程是使用高功率CO₂激光脉冲高速击打微小锡液滴，使其瞬间气化并形成高温等离子体。等离子体在冷却过程中辐射出13.5nm波长的极紫外光。这种方式本质上是“激光驱动光源”，而非传统谐振腔输出的单一激光。

在EUV系统中，激光器的作用变成了驱动源。它必须具备极高的平均功率与精确的脉冲同步控制，以保证每一个锡液滴都在最佳时间被击中。任何时间误差都会降低光源转换效率。与此同时，系统必须在高真空环境下运行，因为极紫外光在空气中会被迅速吸收。

除了产生光束，光刻机激光系统还包含光束整形与稳定模块。输出光束必须具有均匀的空间分布，通过光学均匀器将光斑调整为矩形或狭缝形，以匹配扫描曝光系统。光束的偏振状态、发散角度和频谱宽度都需要精确控制。

激光器稳定性是决定芯片良率的重要因素。波长漂移会导致焦距偏移，能量波动会导致曝光剂量误差，频率不稳定会影响扫描同步。因此光刻机中的激光器通常配备温度控制、压力控制和实时光谱监测系统。系统内部甚至会通过反馈算法自动修正微小偏差。

总体而言，光刻机激光器的工作原理可以分为两类：一类是基于准分子受激辐射的紫外激光系统，另一类是通过高功率激光激发等离子体产生极紫外辐射。无论哪种方式，其核心都围绕“高精度能量控制”和“稳定波长输出”。正是这些高度可控、极端稳定的光源，使得纳米级甚至亚纳米级电路线条能够被精确刻写在硅片之上，支撑现代半导体工业不断向更高集成度迈进。