EUV光源是指极紫外辐射源，是制造电子显微镜、极紫外望远镜等光学仪器的重要设备。EUV光源的波长在极紫外波段，具有高能量、高分辨率、高灵敏度等优点，在科学研究、工业生产、医疗等领域具有广泛的应用前景。那么，EUV光源是怎么来的呢？?本文主要介绍了EUV光源的演发展历程。

芯片技术的发展

近年来，中国在芯片制造上和世界顶尖水平已经在逐年拉近,但光刻机这个生产芯片最核心、技术难度极高的设备还是有一段不小的距离，光刻机的生产技术仍由荷兰ASML 、日本的尼康和佳能公司垄断。据统计，中国是全球最大的芯片消费市场，但因为美国禁止所有使用了美技术和设备的企业向中国市场出货，用于生产芯片的高端光刻机被限制进入中国。几乎每隔一段时间，事关全球高端光刻机能否被中国引进的政策，都会成为新闻热点，与此同时，国产光刻机的每一个进步也就被无数人关注着。

中芯国际实现了我国从28nm制程工艺向14nm跨越；通富微电采用集成的方式绕过EUV光刻机实现了5nm制程工艺芯片的研发；上海微电子将光刻机拆分为几个大板块，采用逐个击破的方式进行研究，进展神速；华为技术有限公司于今年11月公布了一项与光刻技术相关的专利，这项专利主要是用于光刻机技术改造升级，使光刻机的良品率变得更高，从而提高生产效率。虽然这项专利早在2016年就已递交申请，可能实际对光刻机产业影响有限，但尽管如此华为光刻机专利的公布昭示着国内光刻机仍有一丝曙光。

光刻机的发展

1. 前EUV时代

光刻机分为紫外光源（UV）、深紫外光源(DUV)、极紫外光源（EUV）。按照发展轨迹，最早的光刻机光源即为汞灯产生的紫外光源（UV）。之后行业领域内采用准分子激光的深紫外光源（DUV），将波长进一步缩小到ArF的193 nm。由于遇到了技术发展障碍，ArF加浸入技术成为主流。浸入技术是指让镜头和硅片之间的空间浸泡于液体之中。由于液体的折射率大于1，使得激光的实际波长会大幅度缩小。目前主流采用的纯净水的折射率为1.44，所以ArF加浸入技术实际等效的波长为193 nm/1.44=134 nm。从而实现更高的分辨率。由于157 nm波长的光线不能穿透纯净水，无法和浸入技术结合。

因此，准分子激光光源只发展到了ArF。通过浸没式光刻和双重光刻等工艺，第四代 ArF 光刻机最高可以实现 22nm 制程的芯片生产，但是在摩尔定律的推动下，半导体产业对于芯片制程的需求已经发展到 14nm、 10nm、甚至7nm， ArF 光刻机已无法满足这一需求，半导体产业将希望寄予第五代 EUV 光刻机。

2. EUV时代

为了提供波长更短的光源，极紫外光源（EUV）为业界采用。目前主要采用的办法是将二氧化碳激光照射在锡等靶材上，激发出13.5 nm的光子，作为光刻机光源。目前仅有由荷兰飞利浦公司发展而来的ASML（阿斯麦）一家可提供可供量产用的EUV光刻机，因此ASML对于EUV光刻机的供货重要性不言而喻，同时一台EUV光刻机也是价值不菲。

EUV光源的发展

光刻机的构造一般分为：照明系统（光源+产生均匀光的光路），Stage系统（包括Reticle Stage和Wafer Stage)，镜头组（这个是光刻机的核心），搬送系统（Wafer Handler+ Reticle Handler)，Alignment系统（WGA,LSA, FIA)。

EUV光刻机如果按照其功能粗略的进行划分,大概分成两个组成部分,第一个部分是EUV光源,第二部分是EUV成像系统,EUV光源是EUV光刻机的核心部件,而成像系统则是把EUV光投影到硅片上的光学系统,其中EUV光源的实现是EUV光刻机里面最难的一部分,现在EUV光源所发出的是13.5纳米的极短紫外光。

为什么非要是13.5纳米呢？实际上为了得到这个13.5纳米的结论,全世界用了整整15年，这15年分为两个阶段,第一个阶段是1981年到1992年,首先科学家先把目光投入到了软x光射线上,软x光射线是指波段在1纳米到10纳米的电磁波,科学家的研究方法是先搭建软x光的成像系统,然后用小功率的光源来论证其用于光刻的可行性,如果成像的系统没有问题,接下来再考虑提高光源的发光功率,当时全世界最顶尖的科学家耗时11年搭建了十几道系统,耗费了大量的科研经费,最终的结论是软x光无法应用于下一代的光刻技术,根本的原因还是软x光射线的成像系统的像场和波前误差不如预期；第二阶段是从1993年到1996年,在对软x光射线的尝试失败之后,科学家便把目光投向了比软x光波长略长的极短紫外光的波段,与上一阶段相同，科学家还是先搭建了一个成像系统来论证其可行性,大概经过三年的研究,他们初步确定,把13.5纳米的EUV成像系统应用于下一代的光刻机在理论上是可行的,在确定了EUV成像系统的可行性之后,从1996年到2011年,又一个15年,科学家们才真正开始研究13.5纳米波长的EUV光源。

这15年历尽坎坷,要理解其中的难点,我们不得不谈一谈13.5纳米的EUV光源的发光基本原理,EUV光源的基本物理原理是电子从高能级向低能级跃迁发射光子,电子跃迁的相关理论是量子力学的基础部分,所以也可以这么说,EUV光源本质上是量子力学一个分支的应用,本来原子的电子跃迁发射光子是一个非常容易实现的过程,但因为在正常的原子里面电子跃迁无法发射出能量如此巨大的EUV光子,所以为了得到EUV光子,就需要把电子进行电离,令其变成具有正电核的阳离子,这些阳离子上的电子有着更低的能级,因而当这些电子从激发态向具有更低能级的基态跃迁的时候就可以得到波长更短,能量更高的EUV光子。

综上所述,我们可以看出,EUV光源发光所需的两个必要条件：第一，必须要选择合适的原子；第二,必须给原子巨大的能量令其电离。因此EUV光源的研发也是围绕着这两个问题展开的。后续研究中，科学家发现，在极短时间内能够给予原子巨大的能量的技术最终靠谱的只有三个：激光电离等离子体技术、高压放电电离等离子体技术,以及激光辅助高压放电等离子体技术。所以从1996年到2011年这15年,主要就围绕着这三种电力技术,和三种原子的选取来进行的。经过了这15年后最终只有一种技术路线胜出,也就是当前EUV光刻机所使用的技术——激光电离金属锡等离子体技术,而后在2011年到2021年这十年,在基本的技术原理确定的情况下,Cymer公司（后并入ASML公司）对其系统进行不断优化,之后EUV光源的功率得到了显著的提升,EUV的中间焦点功率从2011年的80w到250w,并且还在不断的提升当中。