2026年，High-NA EUV光刻机开始向晶圆厂交付，进入早期量产验证阶段，ASML将单台售价4亿美元的设备交付晶圆厂，单次曝光分辨率推至8nm。与此同时，ASML在SPIE EUVL 2026大会上公布了下一代Hyper-NA路线图，NA目标突破0.75，先进制程的竞赛仍在加速。这条技术路线的每一次跃迁，都将压力直接传导到同一个环节——光刻机的光学系统。
光刻机本质上是一套超精密的光学成像系统。从照明系统的光束整形与匀化，到投影物镜的缩图成像，再到光源的波长稳定与功率输出，每一步都被光学零部件定义。这些零部件不是凭空出现的"黑科技"，而是由衍射光学元件、复眼透镜、非球面镜片、多层膜反射镜、收集镜、光栅等构成的一套精密硬件体系——它们的单项精度、装配对齐度、镀膜均匀性，最终在晶圆上叠加为线宽、套刻精度和良率。无论是设备集成商、晶圆厂工程师还是供应链从业者，理解光刻机的第一步，就是拆解这套光学骨架。
接下来，我们从照明系统、投影物镜、光源三大分系统入手，逐一拆解每一类关键零部件的技术门槛与演进逻辑。
照明系统：从光束整形到光场匀化
照明系统位于光源和投影物镜之间，负责在掩模面实现高均匀度照明，并在光瞳面完成照明模式的切换。这两个任务的质量，决定了后续成像的对比度和工艺窗口。支撑这些功能的，是一组彼此配合的光学零部件。
1. 衍射光学元件
衍射光学元件是光瞳整形的核心器件。它通过在石英或熔融硅基底上蚀刻出微米级、亚微米级的台阶结构，将入射激光衍射为特定的角谱分布——环形、二极、四极等离轴照明模式。离轴照明能够将同级次衍射光分离，从而提升分辨率。
技术指标上，多台阶相位结构的衍射光学元件可将衍射效率做到80%以上，照明光瞳非均匀性控制在较低水平。蚀刻深度误差需控制在几个纳米量级，否则杂散光会显著降低成像对比度。设计上，这类元件通常采用迭代傅里叶变换算法，依据目标光瞳分布反推相位结构，设计数据量极大。同时，DOE的加工精度和相位台阶质量直接决定了光瞳填充均匀性，是照明系统中最关键的精度敏感件之一。
2. 复眼透镜
激光器输出的光束具有高斯型强度分布，中心强、边缘弱，直接用于曝光会导致晶圆上剂量严重不均。复眼透镜阵列（或称蝇眼透镜阵列）将入射光束分割为数十乃至上百个子光束，在掩模面重新叠加，实现光场的均匀化。
在极紫外波段，由于折射式元件无法使用，照明系统改为采用反射式双复眼镜——两片带有微小反射面阵列的反射镜相互配合，同时实现匀光和照明模式切换。两片反射镜之间的对位精度直接影响光瞳填充均匀性，是整个照明系统中装配难度最高的环节之一。
3. 滤光片与偏振控制元件
准分子激光器输出的光束需经过线宽窄化模块进行光谱压缩。该模块中的衍射光栅和标准具是关键的频率选择元件，光栅通过将不同波长的光在空间上分散，结合标准具的干涉选频作用，实现波长选择与压窄。
随着数值孔径的增大，偏振态对成像对比度的影响愈发显著。照明系统中需插入偏振器和相位延迟片，使入射掩模的光具有指定的偏振方向（如TE或TM），以抑制高NA下的干涉对比度损失。这对偏振控制元件的消光比和透过率都提出了较高要求。
投影物镜：从熔融石英到钼硅多层膜
投影物镜是光刻机光学系统中技术壁垒最高、制造成本最昂贵的部分。它的任务是将掩模图案按4:1倍率成像到晶圆表面，全视场波像差需控制在曝光波长的几十分之一以内。这一任务在DUV和EUV两代技术路线下，催生了截然不同的光学设计方案和零部件体系。
1. DUV时代：全折射式透镜组
在193nm ArF光刻机中，投影物镜由数十片高精度透镜组成，材料为高纯度熔融石英。每一片透镜的面形精度需控制在亚纳米级，表面粗糙度达到极高水准——相当于将一片数厘米尺度的石英玻璃抛光至表面微观起伏小于单个原子直径的量级。
加工过程涉及铣磨、研磨、磁流变修形、离子束蚀刻等多道工序，每道工序之后均需用干涉仪进行全场检测。磁流变抛光利用磁性抛光液在磁场中的流变特性对镜面进行确定性修形，可将面形误差收敛至纳米级；离子束蚀刻则通过高能离子轰击实现原子尺度的材料去除。
镀膜同样关键。每片透镜需镀制多层增透膜，将单面反射率控制在极低水平。膜层均匀性与应力控制直接影响整个物镜组的透过率。此外，高功率激光穿过透镜时产生的热致波像差，需要被动散热与主动温度补偿协同工作来抑制。
2. EUV时代：全反射式镜组
波长缩短至13.5nm后，折射式透镜不再可用，EUV投影物镜采用全反射式设计，由多片非球面反射镜在真空环境中构成。
反射镜基底选用极低热膨胀的玻璃陶瓷，镜面加工精度在亚纳米级。其表面镀制的钼/硅多层膜是EUV光学最核心的零部件——每层厚度仅2至4纳米，周期数达40至60层，通过布拉格干涉在13.5nm处实现约70%的正入射反射率。每层膜厚偏差需控制在原子层级，界面粗糙度和相互扩散程度直接影响峰值反射率。
EUV投影物镜通常包含6面或更多反射镜，系统总反射率为各镜反射率的乘积——即便每面均达到70%，总反射率也仅为0.7⁶≈11.8%，光源能量在到达晶圆前已消耗殆尽。High-NA（0.55）和Hyper-NA（目标0.75）对反射镜尺寸、面形精度和镀膜均匀性提出了更高要求。此外，长期服役中高能光子轰击引发的膜层微观结构变化和表面污染，会导致反射率缓慢衰减，需通过在线监测和寿命管理加以应对。
光源：从线宽压窄到等离子体收集
光源是光刻过程的起点。DUV与EUV两代技术路线下，光源的工作原理截然不同，所涉及的光学零部件体系也迥异。
1. DUV光源：线宽窄化与光束传输
DUV准分子激光器（248nm KrF、193nm ArF）的输出光谱具有一定宽度，而光刻曝光要求的光谱宽度需压窄至极窄范围。这一压缩任务由线宽窄化模块完成，其核心元件是衍射光栅和标准具。
衍射光栅采用全息刻写工艺制造，通过将不同波长的光在空间上分散，结合标准具的干涉选频作用，实现波长选择与压窄。经窄化后的光束还需经过扩束镜和光束传输系统，将光束直径放大并准直，再送入照明系统。这套传输系统中包含多组高反射率镜片和透镜组，其表面镀膜需承受高能量密度的脉冲激光辐照，同时保持长期稳定性。
2. EUV光源：收集镜与光路接力
EUV光由高功率CO₂激光轰击锡滴产生等离子体而发出，向全空间方向辐射。收集镜的作用是将向四周发射的13.5nm极紫外光汇聚至中间焦点，以供后续照明系统使用。
收集镜通常采用Wolter型反射镜设计，这是一种由共轴旋转对称的椭球面和双曲面组合而成的嵌套式镜面结构，能够在较大的收集角度范围内实现高效聚焦。收集镜内表面镀制Mo/Si多层膜，与投影物镜的反射镜采用相同的膜系设计，以在13.5nm处获得高反射率。与投影物镜不同的是，收集镜直接面向高温等离子体和飞溅的锡碎屑，面临更为严峻的污染和热负载问题，其镜面清洁和寿命管理是EUV光源持续运行的关键工程挑战。
从收集镜输出的EUV光经过中间焦点后，由一组多层膜反射镜接力传输至照明系统。这部分光路同样采用全反射式设计。考虑到从收集镜到照明系统再到投影物镜，光路中累计的反射镜面数可达10面以上，系统总反射率进一步降低至数个百分点。这意味着光源的原始输出功率必须远高于晶圆表面所需的实际曝光功率，对驱动激光器的功率水平和多层膜反射镜的峰值反射率都提出了持续提升的压力。
供应链格局：从集中到多元
我们根据重点展示范围制作了半导体全产业链图，点击大图详细查看。
结语
2026年9月9-11日，CIOE中国光博会将在深圳国际会展中心（宝安）举行，从超精密加工设备、干涉检测仪器，到各类透镜、反射镜、衍射光学元件、多层膜反射镜等半导体光学与光刻机光学系统板块国内外头部企业将悉数亮相。
同期，CIOE中国光博会将联动IICIE国际集成电路创新博览会、elexcon深圳电子展三展同期开展，总展览面积超34万㎡，集结5000+全球头部参展企业，覆盖光电子-半导体-电子嵌入式全链条，打造上游芯片与核心器件到下游终端与应用生态展示平台，即刻领取参观证件，一证看三展。
