光刻机作为重大技术装备领域的国之重器，不仅是衡量一个国家综合国力与科技水平的关键指标，还直接关系到国家安全和科技自主可控的未来。然而，其研制之路却异常艰难，充满了重重挑战。近期，工业和信息化部发布的《首台(套)重大技术装备推广应用指导目录(2024年版)》中，特别将氟化氪光刻机与氟化氩光刻机列入了电子专用设备的重要位置，这一举措不仅体现了中国在光刻机自主研发领域取得的重大进展，更引发了公众对光刻机研制难度和挑战的关注。

光刻机的工作原理和历史演进
　　当今社会生活中，集成电路几乎无处不在，小到身份证、手机，大到高铁、飞机，都离不开集成电路。集成电路自诞生至今，一直向着微细化的方向发展，单个芯片上的晶体管数量已经由最初的几十个发展到现在的几千亿个。

　　集成电路制造的核心工序是利用光刻机在硅片上构建电路图案。光刻过程决定了集成电路芯片上电子元件的尺寸和位置。从1961年至今，为了满足集成电路制造的需求，人们研发出了多种类型的光刻机。按照曝光方式来分，光刻机可以分为接触式、接近式和投影式。接触式和接近式光刻机的极限分辨率均停留在微米量级，难以满足日益减小的芯片特征尺寸的需求。投影式光刻机是目前的主流光刻机，当今最先进的极紫外(EUV)光刻机就属于投影式光刻机。

　　投影式光刻机由多个分系统组成，包括光源、照明系统、投影物镜系统、掩模台与掩模传输系统、工件台与硅片传输系统、对准系统、调焦调平系统、环境控制系统等。这类光刻机本质上是一种复杂的投影系统：光源通过照明系统均匀照明放置在掩模台上的掩模版，掩模版上制作有预先设计好的集成电路图案，该图案通过投影物镜系统投影到工件台上涂有光刻胶的硅片，完成一次曝光。之后，工件台移动硅片，再进行另一次曝光。

　　提高光刻分辨率是光刻机演进的主线，极大地推动了集成电路制程节点的进步。研究人员通过采用更短波长的光源来提高投影式光刻机的分辨率，依次发展出了紫外(UV)光刻机、深紫外(DUV)光刻机和

展。据2023年ASML的财务年报，该公司在研发方面的投资从2022年的33亿欧元增至2023年的40亿欧元。在过去的17年中，该公司仅在EUV光刻方向的研发投资就超过了60亿欧元。

　　光源是光刻机的核心部件之一。光刻机对光源的工作波长、功率、转换效率以及寿命等参数均有着严格的要求。以目前唯一商用的EUV光刻机为例，该光刻机采用激光等离子体(LPP)光源，为了获得高转换效率和长寿命，需要在光源内部进行极其精确的激光打靶：液滴发生器产生直径20—30μm的锡液滴，其运动速度可达到80m/s，相当于复兴号高铁的速度；先利用一束预脉冲激光将高速运动的锡液滴打成饼状的靶材，然后再利用另一束主脉冲激光轰击靶材，将靶材转化为等离子体的同时放EUV光，这一双脉冲的打靶过程需要在百万分之几秒内完美地配合完成。因此，需要一套精准的测量及控制系统，能够进行高速、高精度的测量与打靶控制，方可满足工业化量产的需求。

　　光刻机的投影物镜系统是成像光学的最高境界，其波像差需要达到纳米甚至亚纳米量级，这对投影物镜的镜片级加工与检测，以及系统级的检测与装调等都提出了严苛的要求。以EUV光刻机为例，为确保成像性能，投影物镜的镜面必须以极高的精度进行加工：在ASML公司最先进的高NA EUV光刻投影物镜系统中，口径1.2m的反射镜表面需要加工到面形均方根误差小于0.02nm，相当于在中国国土面积内仅有人类头发丝直径大小的高度起伏。