EUV光源是指極紫外輻射源，是制造電子顯微鏡、極紫外望遠鏡等光學儀器的重要設備。EUV光源的波長在極紫外波段，具有高能量、高分辨率、高靈敏度等優點，在科學研究、工業生產、醫療等領域具有廣泛的應用前景。那么，EUV光源是怎么來的呢？?本文主要介紹了EUV光源的演發展歷程。

芯片技術的發展

近年來，中國在芯片制造上和世界頂尖水平已經在逐年拉近,但光刻機這個生產芯片最核心、技術難度極高的設備還是有一段不小的距離，光刻機的生產技術仍由荷蘭ASML 、日本的尼康和佳能公司壟斷。據統計，中國是全球最大的芯片消費市場，但因為美國禁止所有使用了美技術和設備的企業向中國市場出貨，用于生產芯片的高端光刻機被限制進入中國。幾乎每隔一段時間，事關全球高端光刻機能否被中國引進的政策，都會成為新聞熱點，與此同時，國產光刻機的每一個進步也就被無數人關注著。

中芯國際實現了我國從28nm制程工藝向14nm跨越；通富微電采用集成的方式繞過EUV光刻機實現了5nm制程工藝芯片的研發；上海微電子將光刻機拆分為幾個大板塊，采用逐個擊破的方式進行研究，進展神速；華為技術有限公司于今年11月公布了一項與光刻技術相關的專利，這項專利主要是用于光刻機技術改造升級，使光刻機的良品率變得更高，從而提高生產效率。雖然這項專利早在2016年就已遞交申請，可能實際對光刻機產業影響有限，但盡管如此華為光刻機專利的公布昭示著國內光刻機仍有一絲曙光。

光刻機的發展

1. 前EUV時代

光刻機分為紫外光源（UV）、深紫外光源(DUV)、極紫外光源（EUV）。按照發展軌跡，最早的光刻機光源即為汞燈產生的紫外光源（UV）。之后行業領域內采用準分子激光的深紫外光源（DUV），將波長進一步縮小到ArF的193 nm。由于遇到了技術發展障礙，ArF加浸入技術成為主流。浸入技術是指讓鏡頭和硅片之間的空間浸泡于液體之中。由于液體的折射率大于1，使得激光的實際波長會大幅度縮小。目前主流采用的純凈水的折射率為1.44，所以ArF加浸入技術實際等效的波長為193 nm/1.44=134 nm。從而實現更高的分辨率。由于157 nm波長的光線不能穿透純凈水，無法和浸入技術結合。

因此，準分子激光光源只發展到了ArF。通過浸沒式光刻和雙重光刻等工藝，第四代 ArF 光刻機最高可以實現 22nm 制程的芯片生產，但是在摩爾定律的推動下，半導體產業對于芯片制程的需求已經發展到 14nm、 10nm、甚至7nm， ArF 光刻機已無法滿足這一需求，半導體產業將希望寄予第五代 EUV 光刻機。

2. EUV時代

為了提供波長更短的光源，極紫外光源（EUV）為業界采用。目前主要采用的辦法是將二氧化碳激光照射在錫等靶材上，激發出13.5 nm的光子，作為光刻機光源。目前僅有由荷蘭飛利浦公司發展而來的ASML（阿斯麥）一家可提供可供量產用的EUV光刻機，因此ASML對于EUV光刻機的供貨重要性不言而喻，同時一臺EUV光刻機也是價值不菲。

EUV光源的發展

光刻機的構造一般分為：照明系統（光源+產生均勻光的光路），Stage系統（包括Reticle Stage和Wafer Stage)，鏡頭組（這個是光刻機的核心），搬送系統（Wafer Handler+ Reticle Handler)，Alignment系統（WGA,LSA, FIA)。

EUV光刻機如果按照其功能粗略的進行劃分,大概分成兩個組成部分,第一個部分是EUV光源,第二部分是EUV成像系統,EUV光源是EUV光刻機的核心部件,而成像系統則是把EUV光投影到硅片上的光學系統,其中EUV光源的實現是EUV光刻機里面最難的一部分,現在EUV光源所發出的是13.5納米的極短紫外光。

為什么非要是13.5納米呢？實際上為了得到這個13.5納米的結論,全世界用了整整15年，這15年分為兩個階段,第一個階段是1981年到1992年,首先科學家先把目光投入到了軟x光射線上,軟x光射線是指波段在1納米到10納米的電磁波,科學家的研究方法是先搭建軟x光的成像系統,然后用小功率的光源來論證其用于光刻的可行性,如果成像的系統沒有問題,接下來再考慮提高光源的發光功率,當時全世界最頂尖的科學家耗時11年搭建了十幾道系統,耗費了大量的科研經費,最終的結論是軟x光無法應用于下一代的光刻技術,根本的原因還是軟x光射線的成像系統的像場和波前誤差不如預期；第二階段是從1993年到1996年,在對軟x光射線的嘗試失敗之后,科學家便把目光投向了比軟x光波長略長的極短紫外光的波段,與上一階段相同，科學家還是先搭建了一個成像系統來論證其可行性,大概經過三年的研究,他們初步確定,把13.5納米的EUV成像系統應用于下一代的光刻機在理論上是可行的,在確定了EUV成像系統的可行性之后,從1996年到2011年,又一個15年,科學家們才真正開始研究13.5納米波長的EUV光源。

這15年歷盡坎坷,要理解其中的難點,我們不得不談一談13.5納米的EUV光源的發光基本原理,EUV光源的基本物理原理是電子從高能級向低能級躍遷發射光子,電子躍遷的相關理論是量子力學的基礎部分,所以也可以這么說,EUV光源本質上是量子力學一個分支的應用,本來原子的電子躍遷發射光子是一個非常容易實現的過程,但因為在正常的原子里面電子躍遷無法發射出能量如此巨大的EUV光子,所以為了得到EUV光子,就需要把電子進行電離,令其變成具有正電核的陽離子,這些陽離子上的電子有著更低的能級,因而當這些電子從激發態向具有更低能級的基態躍遷的時候就可以得到波長更短,能量更高的EUV光子。

綜上所述,我們可以看出,EUV光源發光所需的兩個必要條件：第一，必須要選擇合適的原子；第二,必須給原子巨大的能量令其電離。因此EUV光源的研發也是圍繞著這兩個問題展開的。后續研究中，科學家發現，在極短時間內能夠給予原子巨大的能量的技術最終靠譜的只有三個：激光電離等離子體技術、高壓放電電離等離子體技術,以及激光輔助高壓放電等離子體技術。所以從1996年到2011年這15年,主要就圍繞著這三種電力技術,和三種原子的選取來進行的。經過了這15年后最終只有一種技術路線勝出,也就是當前EUV光刻機所使用的技術——激光電離金屬錫等離子體技術,而后在2011年到2021年這十年,在基本的技術原理確定的情況下,Cymer公司（后并入ASML公司）對其系統進行不斷優化,之后EUV光源的功率得到了顯著的提升,EUV的中間焦點功率從2011年的80w到250w,并且還在不斷的提升當中。