编者按：EUV光刻机进入产业已经过去10个年头，目前第一代EUV光刻机已经成为最先进芯片的生产平台，而预计2023年底第二代EUV光刻机即将下线。ASML的唯一EUV光刻光学供应商蔡司已经交付了第二代EUV光学模块。

我们已经回顾了2023年ASML的EUV光刻光源的最新进展，同时对比了ASML第一代EUV光刻机平台NXE（0.33NA光学）和第二代EUV光刻机平台EXE（0.55NA光学）的光源区别。

从下图可以看到，EXE平台包括光源发生器、激发激光器、晶圆操作台、晶圆台，都最大程度的继承了NXE平台；但是EXE平台的照明模块（Illuminator）和投影光学模块（Projection Opitcs）的改进则是最大的，接下来我们具体介绍。

ASML第一代EUV光刻机平台NXE（0.33NA光学）和第二代EUV光刻机平台EXE（0.55NA光学）的主要区别

第二代EUV光学模块的设计

EXE平台采用的是NA=0.55的光学，目前的设计图如下，可以看到目前的方案是EUV光从水平角度入射到照明系统。

第一个重大的改变，来自于掩模版（reticle）接收来自照明系统的EUV光束的限制（下图红圈部分）。

在上一代0.33NA平台中，光学系统采用的是4X/4X的缩放率，也就是在扫描方向和垂直扫描方向是等比例缩放（下图左侧）。此时的EUV在掩模版的入射角控制在6°。

但是在0.55NA平台中，如果采用相同的EUV入射角，则入射光和出射光会产生重叠（下图中部）；如果提高入射角，例如到9°，虽可以避免入射光和出射光的重叠，但由于入射角太大，导致掩模版的阴影效应凸出而降低显影衬度（下图右侧）。

为了解决这个问题，EUV光学工程师在十年前提出了非对称曲面方案：

在保持EUV入射角6°的条件下，采用4X/8X的缩放率，也就是在扫描方向采用8倍缩放、在垂直扫描方向是4倍缩放。

这就是为何说第二代EUV光刻机的难度和复杂度要远超第一代EUV光刻机的原因，它并非第一代EUV光刻机的简单提升，而是十年前就开始设计、制造的新系统。

第二代EUV光学曝光的图形拼接技术

为了实现以上的非对称曝光光学设计，掩模版是需要进行变形的，它的图形在扫描方向需要拉伸2倍。EUV曝光时，先后完成2个半场扫描，这两个半场扫描拼接在一起形成一个全场图案。

半场扫描拼接是一项复杂的系统工程，它需要在~10纳米的尺度对曝光图案进行拼接，因此是掩模供应商、计算光学供应商、EUV光学系统供应商共同合作开发完成的。

当然在第二代EUV光刻机还没有造出来之前，ASML已经通过和IMEC的合作，在IMEC的第一代EUV光刻机NXE:3400上进行了拼接验证。下图是IMEC实现的36纳米线宽/线距的拼接，其中标记“stitch”的线条就是两个半视场曝光图形拼接线。

第二代EUV光学镜头的制造

第二代EUV光学镜头的制造在几年前就开始了，镜头制造的基本流程和第一代光学系统类似，但是尺寸和精度都有大幅提升。

EUV光学镜头的制造流程

十年前，ASML和蔡司合作开始建设巨大的操作机器臂和计量系统，来为NA0.55系统的镜头提供高精度测量。

EUV镜头操作机器臂

EUV镜头计量系统

大型非球面镜头通过多轮的面形精修和测量才能完成。

EUV镜头计量系统

第二代EUV光刻机光学系统工程进度

根据蔡司提供的资料，2023年Q1，已经有2套高NA 光学系统的全部镜头制造测试达标并且投入系统集成。

目前蔡司正在如火如荼地进行高NA EUV光学系统集成。

蔡司的高NA EUV光学组装

蔡司的高NA EUV光学系统组装

其中第一套高NA EUV光学系统已经完成组装并且交付给ASML了！

也就是说，下一代EUV光刻机的最复杂、最困难的部分已经在ASML的安装车间了！

真是名副其实的十年造一镜啊！

这是位于德国的蔡司EUV光学工厂，最近正在建设新的车间用于高NA EUV光学系统的扩产。

因此，继2010年半导体进入EUV光刻时代之后，我们将在明年见证第二代EUV光刻2.0时代拉开序幕！