极紫外光刻（Extreme Ultraviolet Lithography），简称EUV光刻或EUVL，是通过将曝光波长大幅减小至13.5nm来实现更小节点光刻的技术，属于一种步进式投影曝光技术。它使用激光脉冲（Sn）液滴等离子体，产生接近13.5nm波长的极紫外光，通过使用反射光掩模曝光涂有光刻胶的基板来生产电路图形。截至2023年，主要还是应用于先进的半导体器件制造领域上。

极紫外光刻技术主要由四个关键部分组成，分别是：极紫外光源、极紫外光学系统、极紫外掩膜和极紫外光刻胶。

极紫外光刻光刻技术已经被广泛应用于先进工艺节点的集成电路芯片制造之中。它的研发交叉融合了光学、机械、电子、控制、软件、材料、数学、物理等多个学科的知识，该技术最早可以追溯到1988年Hawryluk和Seppala描述的极紫外成像系统。

在2019年国际电子器件会议（IEDM）上，台积电报告了EUV在接触、通孔、金属线和切割层中的5nm节点的使用，在IEDM2020上，台积电报告其5nm节点最小金属间距比其7nm节点减少了30%。三星电子的5nm节点在光刻上与其7nm节点相同的设计规则，最小金属间距为36nm。截至2023年，ASML Holding是唯一一家生产和销售用于芯片生产的EUV系统的公司，目标是5纳米和3纳米工艺节点。

1988年Hawryluk和Seppala描述了极紫外成像系统的早期概念。后来T.E.Jew-ell发表了四反射镜环场成像系统的设计。

1997年，美国半导体巨头英特尔和美国能源部就共同发起成立了EUV有限责任公司，即EUV LLC，研究EUV光刻技术。随后，EUV LLC纳入ASML，允许其享受基础研究成果，同年，日本也成立了类似的机构（Semiconductor Leading Edge TechnologiesInc. Selete)。

2005年，两套全场α型投影光刻系统首次问世。

2010年，荷兰的荷兰ASML公司（ASML）成功推出第一台EUV光刻机NXE：3100。

2016年 ASML公司推出 TWINSCAN NXE3400B光刻机，采用13.5nm曝光波长，数值孔径0.33，分辨率可达13nm，支持7nm和 5nm工艺节点，可实现每小时125片的产率 。

2018年，台积电宣布了有关极紫外光刻(EUV)技术的两项重磅突破，一是首次使用7nm EUV工艺完成了客户芯片的流片工作，二是5nm工艺会在2019年4月开始试产。

2022年第三季度ASML推出了最新浸入式系统TWINSCAN NXT：2100i，该系统除了对透镜计量、光罩调节和晶圆表的内在改进以及对整体交叉匹配改进外，NXT：2100i还具有对准优化器12颜色包等创新。该系统能提供每小时295片晶圆的生产率，能够为3nm及以下节点上的浸没层的提供最具成本效益的解决方案。

EUV能够使受辐照的物质发生电离，不同元素原子对EUV吸收截面不同。以通常使用的化学增强光刻材料(Chemically Amplified Resists,CAR)为例对EUV表现为非选择性吸收，基质材料对EUV 吸收贡献最大，而在ArF系统中，基质表现为透明，由光酸产生剂(photo acid generation,PAG)的光能团直接吸收一定量的光产生曝光作用。EUV光刻具有非常高的分辨率，可以用于制造更细的线宽和更小的晶体管尺寸，从而提高芯片的集成度和性能。

EUV光刻原理如下图所示。光源采用气体喷射靶激光等离子体光源或同步辐射光工作气体为氙气，利用激光能或电能轰击靶材料产生等离子体等离子体发EUV辐射，EUV辐射经过由周期性多层薄膜反射镜组成的聚焦系统单射到反射掩模上， EUV 光再通过反射镜组成的投影系统，将反射掩模上的集成电路的几何图形成像到硅片上的光刻胶中，从而形成所需要的光刻图形。

极紫外光刻技术已经被广泛应用于先进工艺节点的集成电路芯片制造之中。它的研发交叉融合了光学、机械、电子、控制、软件、材料、数学、物理等多个学科的知识。

DUV光刻也叫深紫外光刻，是利用深紫外光的能量和精度来实现高分辨率和高精度的光刻制程。在半导体产品实际制造过程当中，光刻工艺的应用范围很广，并不仅局限于芯片制造前道，后道封装工艺，甚至是半导体显示、LED等泛半导体制造都会用到光刻技术。根据半导体专家莫大康的介绍，如果按照光源类型划分，不仅有极紫外光刻机，还有ArF浸没式光刻机、ArF干式光刻机、KrF光刻机、i-谱线设备等。其中，ArF、ArF和KrF都属于深紫外线光刻机(DUV)，才是当前半导体制造的主力，无论是图像传感器、功率IC、MEMS、模拟IC，还是逻辑IC，背后都有其身影。

根据ASML发布的2021年第一季度的财报，整个DUV产品线(ArFi+ArF+KrF)的销售额占比达到60%。ASML CEO Peter Wennink 在进行业绩说明时表示：“与上个季度相比，我们对今年的展望有所增强，这主要是由于对DUV的需求所致。随着对先进工艺节点的需求不断增加，以及成熟工艺节点的运行时间越来越长，外加产能爬坡，对浸入式和干式系统的需求比以往任何时候都强。”

EUV光源可以分为光产生、光收集、光谱纯化三个部分。

①光的产生有两种方法：激光等离子体光源(LPP)和放电等离子体光源(DPP)。LPPEuvL系统，主要包括激光器、汇聚透镜、负载、光收集器、掩模、投影光学系统和晶片。其原理是利用高功率激光加热负载(Xe或Sn)形成等离子体，等离子体辐射出紫外线，利用多层膜反射镜多次反射净化能谱，获得13.5nm的EUV光。LPP EUV光源的优点是光源尺寸小，产生碎片或粒子的种类少，光收集效率高；主要缺点是EUV输出功率小，价格昂贵。

②光收集器就是一个反射镜，通常是椭球面的，也有球面或平面的，其研究重点是增大收集角，提高反射效率和延长使用寿命。目前DPP光源的光收集器立体角已达到1.8sr，理论极限为3.144sr，LPP光源的光收集器已达到理论极限5sr。目前光收集器的反射效率已达到55％，理论极限为70％，尚有提高的余地。

③光谱纯化是利用多层膜反射镜多次反射实现的，为了满足EUV对光谱纯度的要求，通常要经过7次反射。目前的多层膜通常用硅作基底材料，每层厚度7nm左右，材料为Mo/Si，层数40层左右，达到的峰值反射率接近70％。

极紫外光学系统由照明系统和微缩投影光学系统组成，受其工作波段限制只能采用全反射式系统。而镀制了Mo/Si多层膜的反射元件，正单射时只能获得70%左右的反射率，因此，极紫外光学系统必须尽可能减少反射镜的个数。在极紫外光学系统中，光源一般由一个大功率激光器、激光束传输和聚焦光学元件以及一个光源容器组成。其中，13.5nm的光是由激光脉冲等离子体在真空容器中激发锡分子产生的。在真空容器中，锡滴通过来自激光的高强度脉冲的焦点，约30μm直径熔融锡滴遇到高强度的脉冲激光后蒸发，锡原子被电子激发和电离，产生电子温度为10eV的热等离子体。电子离子复合和等离子体中的离子去激发释放13.5nm的光子。

由于极紫外光的波长较短，几乎所有的光学材料对13.5nm波长的极紫外光都有较强的吸收。掩模表面反射的光包含有掩模上的图形信息，实现曝光。在极紫外相移掩模中，掩模上吸收层的反射光电场矢量与相邻区域反射光矢量的相位差是180°，图形边缘区域发生相消干涉，使得分辨率增强。这是通过调节掩模上吸收层的光学参数（n、k、d），使得吸收层具有一定的反射率来实现的。

光刻胶的主要组成部分包括成膜没药树、感光剂、溶剂以及其它添加助剂。其中成膜树脂起到主要的成膜作用，同时也要具有一定的耐热性和抗刻蚀性；感光剂主要起到吸收光子并引发相应的化学反应，进而起到溶解度控制的作用。此外，光刻胶中还有可能含有相应的稳定剂，帮助涂膜的流平剂等材料。然而，光刻胶并不是一成不变的，不同波长的光源，不同的应用情景都对光刻胶有着较为特殊的要求，光刻胶的研发也随着应用的需求不断进步。

EUV光罩是光掩模版的一种，用于在IC制造过程中将设计好的电路图形投影在晶圆上，利用光刻技术进行蚀刻。EUV光罩是以高纯二氧化硅为衬底，其上镀以铬层及感光胶层，当镀膜石英玻璃上的图像可以覆盖整个晶圆时，即称之为EUV光罩。在芯片制造过程中，EUV光刻机将光掩膜板上的电路图通过EUV光线刻录到涂了光刻胶的硅晶圆上，而光掩膜板上面有一层保护膜，保护光罩表面免受空气中微分子或污染物的影响，以及保护当EUV光线刻录时带来的影响。这层保护膜通常是由硅材料制造的，但是有些公司如韩国石墨烯实验室 (单原子碳链 Lab) 开发出了基于石墨烯制造的EUV光罩保护膜 (Pellicle)。石墨烯材质的保护膜性能更好，能承受更高的温度，同时有更高的硬度，更佳的透度，所以当EUV光线进行光刻时，能够降低误判，从而提升良率。

随着信息社会的不断发展，集成电路（芯片）已经融入通信、医疗、交通等人们生活的方方面面 ，成为现代信息产业的核心，成为衡量一个国家综合实力、现代化程度的标志和国际竞争的焦点。

2018年以来5G通信、人工智慧、物联网、自动驾驶等新技术的出现极大地增加了对集成电路芯片的需求。光刻是晶圆加工过程的核心，光刻可分为8个步骤，气相成底膜、旋转涂胶、软烘、对准曝光、曝光后烘焙、显影、坚膜烘焙和显影检查。气相成底膜 的作用是更好的黏结硅片和光刻胶。旋转涂胶是在硅片表面均匀地涂上光刻胶。软烘是蒸发掉光刻胶中的溶剂。对准曝光是为了将掩模板上的电路转移到光刻胶上。显影是为了对未曝光的光刻胶进行化学分解使图案显影。坚膜烘焙是使光刻胶溶剂挥发，增强光刻胶和硅片的黏结。最后对光刻胶图形进行检查，为随后的刻蚀做准备。将掩模图形精确地转移到晶圆上需要光刻机设备。衡量光刻机性能的指标有分辨率、套刻精度和产率。

通过对特定的掩模图形进行曝光可以得到的最小特征尺寸称为光刻分辨率，它是光刻机最主要的性能指标之一，决定了集成电路上单个器件的最小尺度。套刻精度是曝光图形位置与其规定位置之间的偏差。产率是光刻机的工作效率，一般用光刻机每小时曝光的硅片数量表示。伴随着摩尔定律的不断发展，集成电路芯片上的晶体管尺寸不断减小、数量不断增加，要求光刻技术和光刻设备不断创新与发展。

未来几年可能会出现所谓下一代光刻技术，如NIL(纳米压印光刻)。传统的EUV(极紫外光刻)光刻机在制造晶体管时会遇到它的物理极限，NIL光刻机最大的好处是光源相对便宜，即不需要用能源转换效率低的EUV的激光源，而是只用一些DUV(深紫外光刻)或者是更成熟的光源就可以结合纳米涂层的方法实现一至两纳米制程的量产。

EUV光刻的未来发展将把数值孔径（NA）从0.33增加到0.55(High NA)。业界预测，High-NA EUV将面向2纳米乃至埃米级工艺节点，是在未来10-20年成为半导体晶圆制造的顶尖工艺支撑设备之一。