在半导体制造中，光刻机（Lithography Machine）是一种利用光源将微小图案从掩模（mask）转移到晶圆表面的关键设备。紫外线（UV）作为光刻机中最常用的光源类型，在这一过程中扮演了决定性角色。

紫外线本质上是一种波长比可见光更短的电磁波，波长范围约在10~400纳米（nm）之间。根据波长不同，紫外线可进一步分为近紫外（UV-A）、中紫外（UV-B）、远紫外（UV-C）和极紫外（EUV）。在光刻工艺中，不同类型的紫外光有着各自的用途和限制，关键点在于波长越短，分辨率越高，可以制造出更小的图案。

最初的光刻技术使用的紫外光波长在365nm（i-line），来源于高压汞灯。这种光源适用于早期0.5微米以上的制程，分辨率较低，曝光时间长。随着技术演进，工业界开始转向使用准分子激光（Excimer Laser）作为更强大、更短波长的紫外光源。KrF激光器输出波长为248nm，而ArF激光器输出波长进一步缩短至193nm。这两种光源统称为“深紫外光”（DUV），目前仍是全球先进半导体生产线上最广泛应用的紫外光源类型。

使用紫外线进行光刻的基本原理是通过掩模将图案“投影”到涂有光刻胶的晶圆上。光刻胶是一种对紫外线敏感的感光材料，曝光后结构发生变化。正胶在曝光后易被显影液溶解，负胶则在曝光后变得不溶。在曝光过程中，紫外光的能量作用于光刻胶的分子结构，使得特定区域反应、降解或交联，形成可显影图案。曝光波长越短，图案边缘越清晰，分辨率越高。

然而，随着芯片制造节点从90nm缩小到7nm、5nm甚至3nm，DUV的193nm波长已经接近其物理极限。为了突破这个限制，极紫外光（EUV）光刻被引入。EUV的波长仅为13.5nm，远远短于DUV，可以实现单次曝光即可完成更细图案的能力，极大简化了多重曝光工艺，提高了产能和成品率。

EUV光源并非通过传统激光器产生，而是使用等离子体激光（plasma-based light source）。典型方式是将锡（Sn）微滴高速喷入真空腔体，并被高能激光照射，使其形成高温等离子体，释放出13.5nm的极紫外光。这种光的能量极高，但穿透力很弱，无法通过普通透镜成像，因此EUV光刻采用的是反射式光学系统，全套镜面和掩模均需使用多层膜反射材料制作，系统极其复杂。

由于EUV波长短、能量高，对光刻胶提出了新的挑战。胶层需要既能吸收EUV能量、形成高对比图案，又必须具备较强的抗蚀刻性。此外，EUV光源本身不稳定，功率低，设备昂贵，对真空环境要求极高。尽管如此，EUV光刻在实现3nm以下工艺节点时展现出无可替代的能力，成为未来高端芯片制造的核心技术。

无论是DUV还是EUV，其核心物理机制都依赖于紫外光与材料之间的光化学反应。除了曝光之外，紫外线还影响光刻系统的热稳定性、掩模寿命以及设备维护。紫外辐射会导致镜头老化、污染沉积、材料疲劳，因此高端光刻机需配备复杂的环境控制系统、光学监测设备和清洗机制，以保证长期稳定运行。

从工艺设计角度看，紫外光的波长也影响到芯片设计规则（Design Rules）。随着光源波长缩短，芯片设计中的线宽、线距、过孔直径等也必须重新定义。同时，EUV的引入还影响到晶圆厂的设备布局、冷却系统、电力系统，乃至整个制程流程的规划与良率管理。

综上所述，紫外线在光刻机中具有至关重要的作用，是图案转移工艺的能量核心。从最初的365nm汞灯，到248nm KrF激光，再到193nm ArF激光，以及如今的13.5nm EUV等离子体激光，紫外线技术推动了半导体制程的代际跃迁。每一次波长的缩短，都是一次光刻精度的飞跃。