参考观研天下发布《2018年中国半导体用石英玻璃材料行业分析报告-市场深度调研与发展前景研究》
光刻机的最小分辨率、生产效率、良率均在不断发展。光刻机的最小分辨率由公示R=kλ/NA，其中R代表可分辨的最小尺寸，对于光刻技术来说，R越小越好；k是工艺常数；λ是光刻机所用光源的波长；NA代表物镜数值孔径，与光传播介质的折射率相关，折射率越大，NA越大。光刻机制程工艺水平的发展均遵循以上公式。此外，光刻机的内部构造和工作模式也在发展，不断提升芯片的生产效率和良率。
根据所使用的光源的改进，光刻机经历了5代产品的发展，每次光源的改进都显著提升了光刻机所能实现的最小工艺节点。此外双工作台、沉浸式光刻等新型光刻技术的创新与发展也在不断提升光刻机的工艺制程水平，以及生产的效率和良率。
最初的两代光刻机采用汞灯产生的436nm g-line和365nm i-line作为光刻光源，可以满足0.8-0.35微米制程芯片的生产。最早的光刻机采用接触式光刻，即掩模贴在硅片上进行光刻，容易产生污染，且掩模寿命较短。此后的接近式光刻机对接触式光刻机进行了改良，通过气垫在掩模和硅片间产生细小空隙，掩模与硅片不再直接接触，但受气垫影响，成像的精度不高。
第三代光刻机采用248nm的KrF（氟化氪）准分子激光作为光源，将最小工艺节点提升至350-180nm水平，在光刻工艺上也采用了扫描投影式光刻，即现在光刻机通用的，光源通过掩模，经光学镜头调整和补偿后，以扫描的方式在硅片上实现曝光。
第四代ArF光刻机：最具代表性的光刻机产品。第四代光刻机的光源采用了193nm的ArF（氟化氩）准分子激光，将最小制程一举提升至65nm的水平。第四代光刻机是目前使用最广的光刻机，也是最具有代表性的一代光刻机。由于能够取代ArF实现更低制程的光刻机迟迟无法研发成功，光刻机生产商在ArF光刻机上进行了大量的工艺创新，来满足更小制程和更高效率的生产需要。
创新一：实现步进式扫描投影。此前的扫描投影式光刻机在光刻时硅片处于静止状态，通过掩模的移动实现硅片不同区域的曝光。1986年ASML首先推出步进式扫描投影光刻机，实现了光刻过程中，掩模和硅片的同步移动，并且采用了缩小投影镜头，缩小比例达到5：1，有效提升了掩模的使用效率和曝光精度，将芯片的制程和生产效率提升了一个台阶。
创新二：双工作台光刻机。硅片在进入光刻流程前要先进行测量和对准，过去光刻机只有一个工作台，测量、对准、光刻等所有流程都在这一个工作台上完成。2001年ASML推出了双工作台系统（TWINSCAN system），双工作台系统使得光刻机能够在不改变初始速度和加速度的条件下，当一个工作台在进行曝光工作的同时，另外一个工作台可以同时进行曝光之前的预对准工作，使得光刻机的生产效率提升大约35%。
虽然从结果上来看，仅仅是增加了一个工作台，但其中的技术难度却不容小觑，双工作台系统对于换台的速度和精度有极高的要求，如果换台速度慢，则影响光刻机工作效率；如果换台精度不够，则可能影响后续扫描光刻等步骤的正常开展。
创新三：浸没式光刻系统。到了45nm制程节点时，ArF光刻机也遇到了分辨率不足的问题，此时业内对下一代光刻机的发展提出了两种路线图。一是开发波长更低的157nmF2准分子激光做为光源，二是由2002年台积电林本坚提出的浸没式光刻。此前的光刻机都是干式机台，曝光显影都是在无尘室中，以空气为媒介进行。由于最小分辨率公式中的NA与折射率成正相关，如果用折射率大于1的水做为媒介进行光刻，最小分辨率将得到提升，这就是浸没式光刻系统的原理。
ASML率先推出浸没式光刻机，奠定自身市场地位。林本坚提出浸没式光刻设想后，ASML开始与台积电合作开发浸没式光刻机，并在2007年成功推出第一台浸没式光刻机TWINSCAN XT:1900i，该设备采用折射率达到1.44的去离子水做为媒介，实现了45nm的制程工艺，并一举垄断市场。当时的另两大光刻巨头尼康、佳能主推的157nm光源干式光刻机被市场抛弃，不仅损失了巨大的人力物力，也在产品线上显著落后于ASML，这也是尼康、佳能由盛转衰，ASML一家独大的重要转折点。
通过浸没式光刻和双重光刻等工艺，第四代ArF光刻机最高可以实现22nm制程的芯片生产，但是在摩尔定律的推动下，半导体产业对于芯片制程的需求已经发展到14nm、10nm、甚至7nm，ArF光刻机已无法满足这一需求，半导体产业将希望寄予第五代EUV光刻机。
第五代EUV光刻机，千呼万唤始出来。1-4代光刻机使用的光源都属于深紫外光，第五代EUV光刻机使用的则是波长13.5nm的极紫外光。早在上世纪九十年代，极紫外光刻机的概念就已经被提出，ASML也从1999年开始EUV光刻机的研发工作，原计划在2004年推出产品。但直到2010年ASML才研发出第一台EUV原型机，2016年才实现下游客户的供货，比预计时间晚了十几年。
三星、台积电、英特尔共同入股ASML推动EUV光刻机研发。EUV光刻机面市时间表的不断延后主要有两大方面的原因，一是所需的光源功率迟迟无法达到250瓦的工作功率需求，二是光学透镜、反射镜系统对于光学精度的要求极高，生产难度极大。这两大原因使得ASML及其合作伙伴难以支撑庞大的研发费用。2012年ASML党的三大客户三星、台积电、英特尔共同向ASML投资52.59亿欧元，用于支持EUV光刻机的研发。此后ASML收购了全球领先的准分子激光器供应商Cymer，并以10亿欧元现金入股光学系统供应商卡尔蔡司，加速EUV光源和光学系统的研发进程，这两次并购也是EUV光刻机能研发成功的重要原因。
光刻机的最小分辨率、生产效率、良率均在不断发展。光刻机的最小分辨率由公示R=kλ/NA，其中R代表可分辨的最小尺寸，对于光刻技术来说，R越小越好；k是工艺常数；λ是光刻机所用光源的波长；NA代表物镜数值孔径，与光传播介质的折射率相关，折射率越大，NA越大。光刻机制程工艺水平的发展均遵循以上公式。此外，光刻机的内部构造和工作模式也在发展，不断提升芯片的生产效率和良率。
根据所使用的光源的改进，光刻机经历了5代产品的发展，每次光源的改进都显著提升了光刻机所能实现的最小工艺节点。此外双工作台、沉浸式光刻等新型光刻技术的创新与发展也在不断提升光刻机的工艺制程水平，以及生产的效率和良率。
表：按所用光源，光刻机经历了五代产品的发展
最初的两代光刻机采用汞灯产生的436nm g-line和365nm i-line作为光刻光源，可以满足0.8-0.35微米制程芯片的生产。最早的光刻机采用接触式光刻，即掩模贴在硅片上进行光刻，容易产生污染，且掩模寿命较短。此后的接近式光刻机对接触式光刻机进行了改良，通过气垫在掩模和硅片间产生细小空隙，掩模与硅片不再直接接触，但受气垫影响，成像的精度不高。
第三代光刻机采用248nm的KrF（氟化氪）准分子激光作为光源，将最小工艺节点提升至350-180nm水平，在光刻工艺上也采用了扫描投影式光刻，即现在光刻机通用的，光源通过掩模，经光学镜头调整和补偿后，以扫描的方式在硅片上实现曝光。
第四代ArF光刻机：最具代表性的光刻机产品。第四代光刻机的光源采用了193nm的ArF（氟化氩）准分子激光，将最小制程一举提升至65nm的水平。第四代光刻机是目前使用最广的光刻机，也是最具有代表性的一代光刻机。由于能够取代ArF实现更低制程的光刻机迟迟无法研发成功，光刻机生产商在ArF光刻机上进行了大量的工艺创新，来满足更小制程和更高效率的生产需要。
创新一：实现步进式扫描投影。此前的扫描投影式光刻机在光刻时硅片处于静止状态，通过掩模的移动实现硅片不同区域的曝光。1986年ASML首先推出步进式扫描投影光刻机，实现了光刻过程中，掩模和硅片的同步移动，并且采用了缩小投影镜头，缩小比例达到5：1，有效提升了掩模的使用效率和曝光精度，将芯片的制程和生产效率提升了一个台阶。
图：步进式投影示意图
创新二：双工作台光刻机。硅片在进入光刻流程前要先进行测量和对准，过去光刻机只有一个工作台，测量、对准、光刻等所有流程都在这一个工作台上完成。2001年ASML推出了双工作台系统（TWINSCAN system），双工作台系统使得光刻机能够在不改变初始速度和加速度的条件下，当一个工作台在进行曝光工作的同时，另外一个工作台可以同时进行曝光之前的预对准工作，使得光刻机的生产效率提升大约35%。
虽然从结果上来看，仅仅是增加了一个工作台，但其中的技术难度却不容小觑，双工作台系统对于换台的速度和精度有极高的要求，如果换台速度慢，则影响光刻机工作效率；如果换台精度不够，则可能影响后续扫描光刻等步骤的正常开展。
图：双工作台光刻机系统样机
创新三：浸没式光刻系统。到了45nm制程节点时，ArF光刻机也遇到了分辨率不足的问题，此时业内对下一代光刻机的发展提出了两种路线图。一是开发波长更低的157nmF2准分子激光做为光源，二是由2002年台积电林本坚提出的浸没式光刻。此前的光刻机都是干式机台，曝光显影都是在无尘室中，以空气为媒介进行。由于最小分辨率公式中的NA与折射率成正相关，如果用折射率大于1的水做为媒介进行光刻，最小分辨率将得到提升，这就是浸没式光刻系统的原理。
ASML率先推出浸没式光刻机，奠定自身市场地位。林本坚提出浸没式光刻设想后，ASML开始与台积电合作开发浸没式光刻机，并在2007年成功推出第一台浸没式光刻机TWINSCAN XT:1900i，该设备采用折射率达到1.44的去离子水做为媒介，实现了45nm的制程工艺，并一举垄断市场。当时的另两大光刻巨头尼康、佳能主推的157nm光源干式光刻机被市场抛弃，不仅损失了巨大的人力物力，也在产品线上显著落后于ASML，这也是尼康、佳能由盛转衰，ASML一家独大的重要转折点。
图：浸没式光刻机原理
通过浸没式光刻和双重光刻等工艺，第四代ArF光刻机最高可以实现22nm制程的芯片生产，但是在摩尔定律的推动下，半导体产业对于芯片制程的需求已经发展到14nm、10nm、甚至7nm，ArF光刻机已无法满足这一需求，半导体产业将希望寄予第五代EUV光刻机。
第五代EUV光刻机，千呼万唤始出来。1-4代光刻机使用的光源都属于深紫外光，第五代EUV光刻机使用的则是波长13.5nm的极紫外光。早在上世纪九十年代，极紫外光刻机的概念就已经被提出，ASML也从1999年开始EUV光刻机的研发工作，原计划在2004年推出产品。但直到2010年ASML才研发出第一台EUV原型机，2016年才实现下游客户的供货，比预计时间晚了十几年。
三星、台积电、英特尔共同入股ASML推动EUV光刻机研发。EUV光刻机面市时间表的不断延后主要有两大方面的原因，一是所需的光源功率迟迟无法达到250瓦的工作功率需求，二是光学透镜、反射镜系统对于光学精度的要求极高，生产难度极大。这两大原因使得ASML及其合作伙伴难以支撑庞大的研发费用。2012年ASML党的三大客户三星、台积电、英特尔共同向ASML投资52.59亿欧元，用于支持EUV光刻机的研发。此后ASML收购了全球领先的准分子激光器供应商Cymer，并以10亿欧元现金入股光学系统供应商卡尔蔡司，加速EUV光源和光学系统的研发进程，这两次并购也是EUV光刻机能研发成功的重要原因。
图：ASMLTWINSCAN NXE:3350B型号EUV光刻机
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