在半導(dǎo)體制造中，光刻機（Lithography Machine）是一種利用光源將微小圖案從掩模（mask）轉(zhuǎn)移到晶圓表面的關(guān)鍵設(shè)備。紫外線（UV）作為光刻機中最常用的光源類型，在這一過程中扮演了決定性角色。

紫外線本質(zhì)上是一種波長比可見光更短的電磁波，波長范圍約在10~400納米（nm）之間。根據(jù)波長不同，紫外線可進一步分為近紫外（UV-A）、中紫外（UV-B）、遠紫外（UV-C）和極紫外（EUV）。在光刻工藝中，不同類型的紫外光有著各自的用途和限制，關(guān)鍵點在于波長越短，分辨率越高，可以制造出更小的圖案。

最初的光刻技術(shù)使用的紫外光波長在365nm（i-line），來源于高壓汞燈。這種光源適用于早期0.5微米以上的制程，分辨率較低，曝光時間長。隨著技術(shù)演進，工業(yè)界開始轉(zhuǎn)向使用準(zhǔn)分子激光（Excimer Laser）作為更強大、更短波長的紫外光源。KrF激光器輸出波長為248nm，而ArF激光器輸出波長進一步縮短至193nm。這兩種光源統(tǒng)稱為“深紫外光”（DUV），目前仍是全球先進半導(dǎo)體生產(chǎn)線上最廣泛應(yīng)用的紫外光源類型。

使用紫外線進行光刻的基本原理是通過掩模將圖案“投影”到涂有光刻膠的晶圓上。光刻膠是一種對紫外線敏感的感光材料，曝光后結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。正膠在曝光后易被顯影液溶解，負膠則在曝光后變得不溶。在曝光過程中，紫外光的能量作用于光刻膠的分子結(jié)構(gòu)，使得特定區(qū)域反應(yīng)、降解或交聯(lián)，形成可顯影圖案。曝光波長越短，圖案邊緣越清晰，分辨率越高。

然而，隨著芯片制造節(jié)點從90nm縮小到7nm、5nm甚至3nm，DUV的193nm波長已經(jīng)接近其物理極限。為了突破這個限制，極紫外光（EUV）光刻被引入。EUV的波長僅為13.5nm，遠遠短于DUV，可以實現(xiàn)單次曝光即可完成更細圖案的能力，極大簡化了多重曝光工藝，提高了產(chǎn)能和成品率。

EUV光源并非通過傳統(tǒng)激光器產(chǎn)生，而是使用等離子體激光（plasma-based light source）。典型方式是將錫（Sn）微滴高速噴入真空腔體，并被高能激光照射，使其形成高溫等離子體，釋放出13.5nm的極紫外光。這種光的能量極高，但穿透力很弱，無法通過普通透鏡成像，因此EUV光刻采用的是反射式光學(xué)系統(tǒng)，全套鏡面和掩模均需使用多層膜反射材料制作，系統(tǒng)極其復(fù)雜。

由于EUV波長短、能量高，對光刻膠提出了新的挑戰(zhàn)。膠層需要既能吸收EUV能量、形成高對比圖案，又必須具備較強的抗蝕刻性。此外，EUV光源本身不穩(wěn)定，功率低，設(shè)備昂貴，對真空環(huán)境要求極高。盡管如此，EUV光刻在實現(xiàn)3nm以下工藝節(jié)點時展現(xiàn)出無可替代的能力，成為未來高端芯片制造的核心技術(shù)。

無論是DUV還是EUV，其核心物理機制都依賴于紫外光與材料之間的光化學(xué)反應(yīng)。除了曝光之外，紫外線還影響光刻系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性、掩模壽命以及設(shè)備維護。紫外輻射會導(dǎo)致鏡頭老化、污染沉積、材料疲勞，因此高端光刻機需配備復(fù)雜的環(huán)境控制系統(tǒng)、光學(xué)監(jiān)測設(shè)備和清洗機制，以保證長期穩(wěn)定運行。

從工藝設(shè)計角度看，紫外光的波長也影響到芯片設(shè)計規(guī)則（Design Rules）。隨著光源波長縮短，芯片設(shè)計中的線寬、線距、過孔直徑等也必須重新定義。同時，EUV的引入還影響到晶圓廠的設(shè)備布局、冷卻系統(tǒng)、電力系統(tǒng)，乃至整個制程流程的規(guī)劃與良率管理。

綜上所述，紫外線在光刻機中具有至關(guān)重要的作用，是圖案轉(zhuǎn)移工藝的能量核心。從最初的365nm汞燈，到248nm KrF激光，再到193nm ArF激光，以及如今的13.5nm EUV等離子體激光，紫外線技術(shù)推動了半導(dǎo)體制程的代際躍遷。每一次波長的縮短，都是一次光刻精度的飛躍。