1. EUV光刻机概述
极紫外（EUV）光刻技术是当前半导体制造进入 7 nm 及以下节点的核心光刻方案。与传统的深紫外（DUV）光刻不同，EUV 光刻机使用波长为 13.5 nm 的极紫外光作为曝光光源。本章从光源原理、波长特性及整机架构三个维度，为后续双工件台真空验收奠定技术基础。
1.1 EUV 光源原理
EUV 光刻机目前主流的光源方案是 激光产生等离子体（LPP, Laser Produced Plasma）。其基本原理如下：
- 靶材喷射：将熔融的锡（Sn）液滴以约 50 kHz 的频率喷射至真空腔体中的特定位置。
- 预脉冲激光：一束低能量激光照射锡滴，使其扁平化形成薄片状，提高后续主脉冲的吸收效率。
- 主脉冲激光：高能量 CO₂ 激光（波长 10.6 μm）聚焦于扁平锡靶，瞬间加热至约 220,000 °C，产生高温高密度等离子体。
- EUV 辐射：等离子体中的锡离子在退激过程中辐射出 13.5 nm 波长的极紫外光。
- 收集与聚焦：多层膜反射镜（Mo/Si 周期结构）将 EUV 光收集并聚焦至光路中。
关键指标： 商用 EUV 光源的中间焦点（IF）处输出功率已超过 250 W，目标达到 500 W 以上以支持更高产率。
1.2 13.5 nm 波长特性
选择 13.5 nm 作为 EUV 光刻的工作波长，是基于物理特性与工程实现的综合权衡。下表总结了该波长的关键特性及其对光刻系统的影响：
| 特性参数 | 数值/描述 | 对光刻系统的影响 |
|---|---|---|
| 波长 | 13.5 nm（极紫外波段） | 可实现 < 10 nm 的分辨率 |
| 光子能量 | ≈ 92 eV | 高能量光子易被材料吸收，需全反射光路 |
| 大气吸收 | 在空气中传播距离 < 1 mm | 光路必须处于超高真空环境（<10⁻⁵ Pa） |
| 反射率 | Mo/Si 多层膜反射镜约 70% | 每经过一次反射损失约 30% 能量，光路设计需优化反射次数 |
| 折射率 | 所有材料在 13.5 nm 下折射率接近 1 | 无法使用传统透镜折射，只能采用全反射光学系统 |
真空工程要点： 13.5 nm 波长对残余气体分子极为敏感。即使微量的水蒸气或碳氢化合物，也会导致光强显著衰减。因此，EUV 光刻机的真空系统必须达到超高真空（UHV）等级，且腔体材料需经过严格的除气处理。
1.3 光刻机整体架构
EUV 光刻机是一个高度复杂的集成系统，主要由以下六大子系统构成。下图展示了各子系统之间的逻辑关系与物理布局：
1.3.1 核心子系统功能对比
| 子系统 | 功能描述 | 真空要求 | 与工件台的关系 |
|---|---|---|---|
| 光源系统 | 产生 13.5 nm EUV 辐射 | 超高真空（<10⁻⁵ Pa） | 提供曝光能量 |
| 照明光学 | 均匀化并整形 EUV 光束 | 超高真空（<10⁻⁵ Pa） | 决定曝光场均匀性 |
| 掩模台 | 承载并扫描反射式掩模 | 高真空（<10⁻⁴ Pa） | 与工件台同步扫描 |
| 投影光学 | 将掩模图案缩小投影至晶圆 | 超高真空（<10⁻⁵ Pa） | 成像质量核心 |
| 双工件台 | 承载晶圆，完成曝光与测量交换 | 高真空（<10⁻⁴ Pa） | 本课程验收对象 |
| 真空系统 | 维持整机真空环境 | 全系统覆盖 | 工件台运行环境保障 |