未来极紫外光刻技术的发展亟需更高功率的光刻光源，能量回收型自由电子激光光源可以实现千瓦量级以上的功率输出，是一种极具潜力的高功率极紫外光刻光源。主要介绍了高功率能量回收型自由电子激光光源的工作原理、发展现状以及所面临的关键技术挑战。

极紫外（EUV）光刻是7 nm及以下技术节点芯片大规模量产的关键技术。随着技术节点的减小、工艺复杂性的增加，芯片的良率面临着巨大挑战。边缘放置误差（EPE）是量化多重曝光技术过程中制造图案保真度的最重要指标。EPE控制已成为多重曝光和EUV融合光刻时代最大的挑战之一。EPE是关键尺寸（CD）误差和套刻误差的结合。在EUV光刻中，光学邻近效应和随机效应是引起光刻误差的重要因素。光学邻近效应校正（OPC）可以使EPE最小化。对于最先进的技术节点，EPE通常由随机效应主导，因此需要对EPE进行建模，尤其是需要对随机效应进行严格的建模，以分析影响EPE的关键参数。选择不同的测量手段对关键参数进行测量并优化EPE是提高芯片良率的重要途径。本文首先综述了EPE在EUV光刻中的重要作用，然后讨论了OPC和随机效应、EPE模型及涉及的关键参数，并介绍了关键参数的测量方法，最后总结和展望了与EPE相关的技术。

极紫外光刻曝光光学系统是极紫外光刻机的核心部件，其设计直接影响极紫外光刻机的性能。极紫外光刻机曝光系统的设计难度大、研究周期长，国外极紫外光刻机产品已经用于高端芯片的制造，但国外对中国禁运相关产品。国内极紫外光刻机曝光系统的设计和研发始于2002年。国内相关领域的研究主要聚焦在极紫外光刻机曝光光学系统的光学设计、像差检测、公差分析、热变形分析等。结合国内外极紫外光刻机曝光光学系统设计研究的历史和现状，较为系统地综述了极紫外光刻投影物镜和照明系统的设计研究与进展，包括：极紫外光刻机投影物镜系统及其设计方法、极紫外光刻照明系统及其设计方法、极紫外光刻曝光光学系统的公差分析、热变形及其对成像性能的影响研究，这为我国从事极紫外光刻机研制、曝光系统光学设计与加工的学者、工程师等提供了极紫外光刻机曝光系统设计研究的历史、现状和未来趋势的相关信息，助力我国极紫外光刻机的设计和研制。

湿法刻蚀技术作为中阶梯光栅的主要制备方法之一，具有制造成本低、周期短、杂光少、所制作光栅的闪耀角误差小等优点。为解决某高分辨率光谱仪在近红外波段（800~1100 nm）的分光需求，尝试选择70.52°槽顶角的湿法刻蚀硅中阶梯光栅来代替90°槽顶角的传统中阶梯光栅。依据（100）硅光栅的结构特点以及光学设计给出的光栅工作条件，利用有限元数值计算法求解电磁场分布，理论分析了硅中阶梯光栅在工作波段内多个级次的衍射特性。在此基础上，利用紫外光刻-湿法刻蚀技术，在单晶硅基底上制作了槽密度为42 lp/mm、闪耀角为54.74°、有效面积超过46 mm×28 mm的对称V形槽光栅，并根据制备实验结果分析讨论了工艺过程中硅光栅质量的重要影响因素。测试结果表明，该光栅在各工作级次对应闪耀波长下的衍射效率均在45%~55%范围内，满足指标要求。

使用磁控溅射制备了掺铒氧化铝薄膜, 对薄膜进行了退火处理, 测量薄膜的折射率和X射线衍射图谱, 发现薄膜在600 ℃的退火温度下呈非晶态, 在1.5 μm处的折射率为1.67左右。模拟模场分布, 获得光与掺铒层之间相互作用最大的波导结构参数, 并进一步优化制备条件, 实现侧壁光滑的低损耗掺铒氧化铝脊型波导。在1.31 μm的波长下, 2 μm宽度的氧化铝脊型波导的损耗为1.6 dB/cm, 和使用超快激光灼烧的方法所制备出的损耗为3.8 dB/cm氧化铝脊型波导相比, 损耗大为降低。结果表明, 掺铒氧化铝波导在平面集成波导放大器应用方面极具潜力。

提出了一种基于空间像的极紫外光刻掩模相位型缺陷检测方法，用于检测多层膜相位型缺陷的类型、位置和表面形貌。缺陷的类型、位置和表面形貌均会影响含缺陷掩模的空间像的分布。因此，采用深度学习模型构建含缺陷掩模的空间像与待测缺陷信息之间的映射，利用训练后的模型可从含缺陷掩模的空间像中获取待测缺陷信息。采用卷积神经网络（CNN）模型构建含缺陷空白掩模的空间像和缺陷类型与位置之间的关系，建立用于缺陷类型和位置检测的CNN模型。在获取缺陷的类型与位置后，基于测得的缺陷位置对空间像进行截取，利用截取后的空间像的频谱信息和多层感知机模型获取缺陷表面形貌参数。仿真结果表明，所提方法可对多层膜相位型缺陷的类型、位置和表面形貌参数进行准确检测。

为了实现极紫外光刻光源驱动激光光斑位置的高精度、宽范围、快响应检测，设计了一种高重复频率窄脉冲信号多通道同步采集处理电路，并提出了基于高斯光斑模型的二级扩展误差补偿算法，可以为极紫外光刻光源驱动激光指向控制提供高精度反馈调节量。首先，介绍了光斑位置检测系统的结构组成与四象限探测器的基本检测原理；然后在考虑探测器半径、光斑半径以及沟道宽度等因素影响的前提下对误差补偿函数进行改进，并对改进的二阶扩展误差补偿算法进行了仿真分析；接着介绍了用于高重复频率窄脉宽信号的多通道同步高速采集电路；最后搭建了实验平台，对改进的算法进行验证。实验结果显示，二阶扩展误差补偿算法的均方根误差为0.0042，最大绝对误差为0.0092 mm，绝对误差的平均值为0.0034 mm；与二阶误差补偿算法相比，二阶扩展误差补偿算法的均方根误差、最大绝对误差和绝对误差的平均值分别降低了83.06%、85.28%和83.50%。表明二阶扩展误差补偿算法与二阶误差补偿算法相比，具有明显的优越性及实用性，在扩展了光斑位置检测范围的同时，光斑位置的检测精度也得到了明显的提升，解决了传统算法无法兼顾计算速度与检测精度的问题。

提出了一种严格的非线性成像测量大数值孔径（NA=0.55）变倍率极紫外光刻（EUVL）投影物镜偏振像差的方法。首先在变倍率极紫外（EUV）严格矢量成像模型基础上，通过建立偏振像差与空间像频谱的非线性关系，得到非线性超定方程组，并提出一种同步旋转测量的方法，通过构建和训练深度神经网络算法求解严格非线性超定方程组，实现了EUV投影物镜偏振像差琼斯光瞳的高精度快速测量。仿真结果表明，测量精度达到了10^-4λ（λ为波长）量级，该技术将支撑3~7 nm技术节点EUVL质量的在线监控。