读完本文，关于下面几个问题你会得到一个清晰的答案：
基本原理：用瑞利公式说明波长如何决定分辨率
DUV时代：193nm光源能做什么，多重曝光能把它推到多远
EUV时代：为什么7nm以下是必须，13.5nm光源的极限在哪
未来方向：High-NA EUV能走到哪，物理极限何时到来
为避免混淆，文中依然使用等效制程，等效制程与实际最小尺寸的关系情参阅“芯片制程：从“微米”到“埃米”，数字背后的真实与虚幻”，另外，最后一部分的表格中引入了对应的实际最小尺寸作为参考。
核心知识点
提到光刻机，很多人第一反应是“能刻几纳米”。但光刻机能刻多细的线条，本质上取决于一个核心物理问题——用多短的光。本文用最简单的逻辑说清楚：DUV光刻机能做到什么程度，为什么到了7nm就非用EUV不可，以及EUV的极限又在哪里。
一、一个公式，说透光刻分辨率
光刻机能刻多细的线条，由一个叫瑞利公式的物理定律决定：
R = k₁ · λ / NA
其中：
R：分辨率（能刻出的最小特征尺寸）
λ：光源波长
NA：投影物镜的数值孔径
k₁：工艺因子（可理解为“技巧系数”）
从这个公式可以很清楚地看到，提高分辨率只有三条路：
第一，缩短波长λ。 波长越短，分辨率越高。这是最根本的路径，也是光刻机代际更替的核心驱动力。
第二，增大数值孔径NA。 相当于让透镜收集更多光、聚焦更精细。
第三，降低工艺因子k₁。 通过相移掩模、离轴照明等分辨率增强技术来实现。k₁的理论极限是0.25，低于这个值在物理上是不可能的。
理解了这三条路，就能看懂光刻技术的一切演进。
二、DUV时代：193nm的“极限拉扯”
DUV（深紫外）光刻是目前最主流的光刻技术，使用准分子激光作为光源。主要有两个波长：
KrF激光：波长248nm，支持250nm到130nm制程
ArF激光：波长193nm，是DUV的主力
193nm的ArF光刻机，干式（不加水）单次曝光的分辨率极限大约在65nm。这个精度显然不够用——今天的芯片早已远小于65nm。怎么办？
招数一：浸没式光刻（ArFi）
2002年，台积电的林本坚提出一个天才构想：在透镜和晶圆之间加一层水。水的折射率n=1.44，193nm的光经过水折射后，等效波长变为134nm。单次曝光分辨率一下提升到约22nm。
招数二：多重曝光
既然一次曝光不够，那就多曝几次。通过自对准双重/四重图案化（SADP/SAQP）等技术，将一次曝光的线条“翻倍”成更细的线条。
正是靠着“浸没式+多重曝光”的组合拳，193nm光刻机硬生生被推到了7nm。台积电的第一代7nm（N7）和第二代7nm（N7P），用的都是DUV（ArFi）光刻机。
理论上，比利时微电子研究中心（IMEC）甚至提出过用八重曝光将193nm浸没式光刻推到5nm。但代价是什么？——成本暴涨、良率暴跌。每多一次曝光，就多一层工艺步骤，也就多一次出错的机会。
小结：DUV的极限
可以说，DUV已经把自己的潜力榨干了。要继续往下走，必须换光源。
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三、EUV时代：13.5nm的“降维打击”
EUV（极紫外光）光刻，光源波长只有13.5nm——比193nm短了超过10倍。
为什么7nm是分水岭？
当制程推进到7nm及以下时，193nm浸没式光刻的多重曝光已经过于复杂——成本太高、良率太低、周期太长。EUV的单次曝光就能达到13nm的分辨率，用一层光刻替代DUV的四层多重图案化。
这就是EUV的“降维打击”——不是做得更好，而是做得更简单。
EUV能走到多远？
目前主流的EUV光刻机（ASML NXE系列），数值孔径NA=0.33，使用13.5nm光源，已经可以实现2nm制程芯片的制造。
但EUV也有物理极限。13.5nm之后，波长再缩短已经极其困难——波长更短的光无法用反射镜有效收集，光损失巨大。
所以ASML不再追求更短波长，而是转向了另一条路：增大数值孔径。
High-NA EUV：把NA从0.33推到0.55
ASML最新推出的High-NA EUV光刻机，将数值孔径从0.33提升到了0.55。业内普遍预测，High-NA EUV可以实现1nm制程芯片的制造，预计在2029年左右实现。
再往后，ASML已经在研发数值孔径0.75的Hyper-NA EUV，目标是在2030年代初实现0.5nm以下制程。但这可能已经是光刻技术的终极形态——再往前，就是量子隧穿效应和原子间距的物理极限了。
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四、总结：一张图看懂光刻机与制程的关系
核心结论：
光刻机能刻多细，根本上是波长决定的——从193nm到13.5nm，波长缩短了14倍，制程从微米级推进到了纳米级的物理极限。
DUV已经被榨干了——靠着浸没式+多重曝光，193nm硬撑到了7nm，但成本代价巨大。
7nm是EUV的起点——不是DUV做不到，而是EUV做得更经济、更高效。
EUV的终点在1nm左右——再往下，不是光刻技术不够，而是量子物理不允许了。
三、参考来源
[1] 瑞利公式 R = k₁·λ/NA 及分辨率提升的三条途径
[2] DUV光刻机光源波长：KrF（248nm）、ArF（193nm）
[6] IMEC提出八重曝光可将193nm浸没式光刻推到5nm
[7] EUV光源波长13.5nm
[8] 7nm及以下制程必须使用EUV
[10] High-NA EUV（NA=0.55）目标实现1nm制程，预计2029年
[11] Hyper-NA EUV（NA=0.75）目标0.5nm以下
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本文旨在科普光刻机光源与芯片制程的基本物理原理与技术演进逻辑，不作为任何投资决策、商业合作或技术选型的依据。读者在参考相关数据时，请以各半导体企业官方发布的最新信息为准。
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审核人：半导人生
📅 最后更新：2026年6月19日