EUV（Extreme Ultraviolet，极紫外光刻）光刻机是当今全球最先进的芯片制造设备，主要用于生产7nm及以下制程的半导体芯片。

1. 什么是EUV光刻？

光刻技术是芯片制造的核心工艺之一，通过光刻机将电路图案投影到硅片上，形成微纳级晶体管结构。EUV光刻机使用波长为13.5纳米的极紫外光，相比传统的DUV（深紫外光，193nm），它可以刻画更细小的电路，从而制造出更先进的芯片。

1.1 光刻机的演进

G线（436nm）、I线（365nm）：用于制造微米级芯片（大于130nm工艺）。

KrF光刻（248nm）：可支持90nm及以上工艺节点。

ArF光刻（193nm）：可支持65nm及以上工艺节点。

ArF浸没式光刻（193nm）+ 多重曝光：支撑至7nm，但工艺复杂。

EUV光刻（13.5nm）：突破7nm以下制程，实现2nm级别制造。

2. EUV光刻机的工作原理

EUV光刻机的核心是利用13.5nm的极紫外光将芯片电路图案刻画到硅片上，但由于EUV光极难产生和控制，整个系统设计极为复杂。

2.1 EUV光源的产生

EUV光刻机无法使用传统的激光器，而是采用激光等离子体光源（LPP, Laser-Produced Plasma）。其原理如下：

生成锡等离子体：二氧化碳（CO₂）激光器以极高能量（约40kW）轰击微小的锡滴，使其变为高温等离子体（约22万°C）。

产生EUV光：锡等离子体辐射出13.5nm的极紫外光。

收集与聚焦：特殊的多层反射镜（MLM，Multi-Layer Mirrors）将EUV光聚焦并送入光刻系统。

2.2 反射光学系统（无透镜设计）

由于13.5nm的EUV光无法穿透玻璃，因此EUV光刻机不能使用传统的透镜，而是采用反射式光学系统，由多个超高精度反射镜组成。

德国蔡司（Zeiss）专门为ASML提供EUV反射镜，每个反射镜由40-50层钼-硅薄膜堆叠而成，光反射率仅约70%。

光刻掩模（Mask）：传统光刻机的掩模是透明的，而EUV掩模是由反射材料制成，并需要极高的光学清洁度。

2.3 纳米级曝光与晶圆对准

EUV光刻机采用超高精度的多级光学对准系统，保证电路图案可以精确地刻画在硅片上。

晶圆台（Wafer Stage）：采用磁悬浮驱动，精度达到0.1纳米。

主动校准系统：实时调整晶圆位置，以确保曝光的精确性。

3. EUV光刻机的制造难点

EUV光刻机是人类科技巅峰之一，其制造涉及多个高难度技术挑战。

3.1 EUV光源功率不足

EUV光刻的生产效率取决于光源功率，目前最强的EUV光刻机光源功率约为250W，每小时可曝光约200片晶圆，但仍比传统DUV光刻机低，影响了生产效率。

3.2 反射镜污染与清洁

由于EUV光刻机的反射镜多次反射光线，任何微小的灰尘或污染都会影响曝光精度。ASML专门研发了极端洁净技术，包括高真空系统和氢气清洁工艺，以保持镜面清洁。

3.3 掩模缺陷检测

EUV掩模（Mask）极其昂贵，每块价格高达百万美元，且任何小缺陷都会影响芯片良率。因此，需要高分辨率电子束检测技术确保掩模质量。

4. 全球EUV光刻机产业格局

4.1 荷兰ASML：唯一的EUV光刻机制造商

目前，ASML是全球唯一的EUV光刻机供应商，其EUV设备已被台积电、三星、英特尔等半导体巨头广泛采用。

台积电（TSMC）：最早采用EUV技术，7nm、5nm、3nm均使用EUV光刻。

三星：在5nm、3nm芯片中使用EUV光刻，与台积电竞争高端市场。

英特尔：在EUV技术上起步较晚，但正在追赶台积电和三星。

4.2 供应链关键企业

EUV光刻机的制造涉及全球供应链，主要合作企业包括：

蔡司（Zeiss）：提供EUV反射镜。

Trumpf（通快）：提供高功率CO₂激光器。

Cymer（ASML子公司）：提供EUV光源系统。

日本JSR、东京应化：提供EUV光刻胶。

4.3 其他国家的挑战与追赶

中国：目前中国尚未掌握EUV光刻机制造能力，但正在突破DUV光刻机，并布局EUV相关技术研发。

日本Nikon、Canon：由于未能突破EUV技术，逐渐退出高端市场。

5. EUV光刻机的未来发展

未来的EUV光刻机将继续优化，提高生产效率，支持更先进的芯片制造工艺。

5.1 高数值孔径（High-NA）EUV光刻

ASML正在研发高NA（数值孔径）EUV光刻机，数值孔径从0.33提升至0.55，可以支持1.4nm甚至更先进的芯片制造，预计2025年投入市场。

5.2 EUV光源功率提升

未来EUV光源的功率将进一步提升，目标是1000W级别，以提高生产效率，降低成本。

5.3 X射线光刻技术（未来替代方案）

EUV光刻机的极限大约是1nm工艺，更先进的芯片制造可能需要X射线光刻或电子束光刻等新技术。

6. 总结

EUV光刻机是芯片制造行业的巅峰技术，荷兰ASML凭借技术垄断，成为全球半导体行业不可替代的核心企业。尽管中国、日本等国家正在加速追赶，但短期内难以挑战ASML的市场地位。

未来，高NA EUV光刻、X射线光刻等技术将决定半导体制造的下一步，而EUV光刻机仍将是先进芯片制造的核心装备。