EUV光刻機(jī)（Extreme Ultraviolet Lithography）是目前世界上最先進(jìn)的芯片制造設(shè)備之一，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入3納米及以下制程的關(guān)鍵技術(shù)。它利用極紫外光（波長13.5納米）將微小的電路圖形精確地轉(zhuǎn)印到硅片上。
一、EUV光刻的基本原理
EUV光刻的核心思想與傳統(tǒng)光刻相同：通過光線將掩模上的電路圖案投影到涂有光刻膠的硅片上，從而形成精密的圖案。但不同的是，EUV光的波長極短，僅為13.5納米，是可見光的幾十倍短。波長越短，光的衍射越小，因此可以刻出更細(xì)的結(jié)構(gòu)，這正是EUV能突破傳統(tǒng)光刻極限的關(guān)鍵。
由于這種極紫外光的能量極高、吸收性極強(qiáng)，它無法像普通光那樣通過透鏡聚焦，也無法在空氣中傳播，必須在高真空環(huán)境下，通過多層反射鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成像與聚焦。
二、EUV光刻機(jī)的主要組成部分
光源系統(tǒng)（EUV Source）
EUV光線是通過一種稱為“激光等離子體”（Laser Produced Plasma, LPP）的方法產(chǎn)生的。設(shè)備使用高功率的CO?激光束照射微小的錫（Sn）液滴，使其瞬間汽化并電離成等離子體。在這一過程中，錫原子被激發(fā)后釋放出13.5納米波長的極紫外光。這些光線再經(jīng)過收集鏡聚焦后送入光學(xué)系統(tǒng)。
EUV光的產(chǎn)生效率極低，因此光源功率直接影響整機(jī)產(chǎn)能，這也是EUV技術(shù)長期難以突破的關(guān)鍵之一。
照明與掩模系統(tǒng)（Illumination & Mask）
EUV光無法透過玻璃，因此掩模（Reticle）并非透明板，而是由反射層組成。光線以一定角度照射到掩模上，掩模上刻有芯片電路圖案的區(qū)域會(huì)反射光線，未刻區(qū)域則吸收或散射。
掩模材料需在真空和高能光線下保持極高穩(wěn)定性，任何微小的污染或變形都可能導(dǎo)致芯片缺陷。
投影光學(xué)系統(tǒng)（Projection Optics）
EUV光刻機(jī)的成像依靠多層反射鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)，而非透鏡。ASML 的EUV系統(tǒng)通常使用六到八個(gè)超光滑反射鏡，每個(gè)鏡面由莫/硅（Mo/Si）多層膜堆疊而成，厚度控制在原子級(jí)別。
每個(gè)鏡面反射率僅約70%，經(jīng)過多次反射后有效光能損失巨大，因此要求光源非常強(qiáng)。此外，任何鏡面微小的形變都會(huì)導(dǎo)致曝光偏差，因此所有反射鏡都必須在極端穩(wěn)定的真空系統(tǒng)中運(yùn)行。
晶圓臺(tái)系統(tǒng)（Wafer Stage）
晶圓臺(tái)用于固定和移動(dòng)硅片，精度要求極高。EUV曝光視野有限，必須通過高速掃描實(shí)現(xiàn)全晶圓曝光。
晶圓臺(tái)通過磁懸浮系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，無摩擦、無震動(dòng)，定位精度可達(dá)納米級(jí)。
三、EUV光刻的成像與曝光過程
EUV光刻的曝光過程可以概括為以下幾個(gè)步驟：
涂膠與裝片
在拋光好的硅片上旋涂一層對(duì)EUV敏感的光刻膠。EUV光會(huì)使光刻膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成可顯影的圖案。
掩模加載與對(duì)位
掩模裝入真空腔后，與硅片進(jìn)行納米級(jí)對(duì)準(zhǔn)。對(duì)位系統(tǒng)利用干涉測(cè)量技術(shù)，保證多層圖案的精確重疊。
曝光成像
高能激光產(chǎn)生的EUV光經(jīng)多次反射后照射到掩模，再由投影反射鏡系統(tǒng)縮小并聚焦到硅片上的光刻膠層。掩模上的圖案便以約4:1或5:1的比例縮小投影到硅片表面。
顯影與蝕刻
曝光后的硅片經(jīng)過顯影，光刻膠上形成微米或納米級(jí)的電路圖案，隨后進(jìn)行蝕刻、金屬沉積等工藝。
通過反復(fù)多次的EUV曝光與加工，就能在硅片上構(gòu)建出數(shù)十層復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)，最終形成高性能芯片。
四、EUV光刻的技術(shù)難點(diǎn)
EUV光刻技術(shù)極其復(fù)雜，主要難點(diǎn)包括：
光源功率不足：EUV光產(chǎn)生效率低，能量損耗大，需要極高功率激光與高頻率錫液滴控制系統(tǒng)。
鏡面精度要求極高：反射鏡的表面平整度需達(dá)到原子級(jí)，一旦變形會(huì)導(dǎo)致圖案偏移。
真空系統(tǒng)要求嚴(yán)格：EUV光在空氣中會(huì)被完全吸收，因此整個(gè)系統(tǒng)必須在高真空下運(yùn)行。
光刻膠適配性問題：傳統(tǒng)光刻膠對(duì)13.5納米光吸收太強(qiáng)，顯影特性差，需要開發(fā)新的材料。
掩模污染與缺陷控制：EUV掩模任何微塵都會(huì)放大成芯片缺陷，因此必須配合高精度檢測(cè)與清洗技術(shù)。
五、EUV光刻的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用
與DUV相比，EUV光刻最大優(yōu)勢(shì)在于高分辨率與更少工藝步驟。在7納米以下制程中，EUV能用一次曝光完成的圖形，DUV可能需要多重曝光甚至拼接。
這使芯片制造更加高效、可靠，并顯著提升良率。
目前，EUV光刻主要用于先進(jìn)制程芯片的關(guān)鍵層，如邏輯電路、存儲(chǔ)單元和金屬互連。世界領(lǐng)先的芯片制造商，如臺(tái)積電（TSMC）、三星（Samsung）和英特爾（Intel），都在量產(chǎn)環(huán)節(jié)部署了EUV設(shè)備。
六、總結(jié)
EUV光刻機(jī)是半導(dǎo)體制造史上的里程碑，它將光刻技術(shù)從深紫外時(shí)代推向極紫外時(shí)代，使人類首次能夠在納米尺度上精確“雕刻”原子級(jí)電路。
