荷蘭ASML EUV光刻機(jī)樣圖（來源：ASML官網(wǎng)）
中國芯片極紫外（EUV）光刻光源技術(shù)獲得重大突破，使用固體光源突破被美國“卡脖子”的局面。
4月29日消息，據(jù)環(huán)球時報旗下賬號“哇喔·環(huán)球新科技”、觀察者網(wǎng)等報道，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所（簡稱中國科學(xué)院上海光機(jī)所）林楠研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊，繞過二氧化碳激光，使用固體激光器技術(shù)成功開發(fā)出LPP-EUV光源，已經(jīng)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，對中國自主開展EUV光刻有重要意義。
上述報道稱，該技術(shù)有望突破中國自主生產(chǎn)芯片的阻礙。
據(jù)悉，EUV光刻機(jī)中最核心的分系統(tǒng)是激光等離子體（LPP）EUV光源，主要關(guān)注能量轉(zhuǎn)換效率（CE）。二氧化碳激光器激發(fā)的Sn等離子體 CE大于5%，是ASML光刻機(jī)的驅(qū)動光源，但此前這類光源由美國Cymer制造，在世界范圍內(nèi)處于壟斷地位。
因此，林楠團(tuán)隊考慮使用固體脈沖激光器代替二氧化碳激光作為驅(qū)動光源，但能量效率需要進(jìn)一步提升。目前林楠團(tuán)隊1um固體激光的CE最高可達(dá)到3.42%，超過了荷蘭和瑞士研究團(tuán)隊的水平，雖然沒有超過4%，但已經(jīng)達(dá)到了商用光源5.5%轉(zhuǎn)化效率的一半。
林楠團(tuán)隊研究人員估計，光源實驗平臺的理論最大轉(zhuǎn)換效率可能接近6%，團(tuán)隊正計劃增加進(jìn)一步的研究，未來有望進(jìn)一步實現(xiàn)國產(chǎn)EUV光刻技術(shù)。據(jù)了解，相關(guān)研究論文已經(jīng)在近期成果發(fā)表在《中國激光》雜志今年第6期（2025年3月下）封面。
所謂EUV，指的是波長13.5nm 的極紫外光，相比于當(dāng)前主流光刻機(jī)用的193nm光源，EUV的光源只有十五分之一，能夠在硅片上刻下更小的溝道。業(yè)內(nèi)人士形容，EUV的細(xì)致程度，就好像從地球上發(fā)出的手電筒光線，精準(zhǔn)地照射到一枚月球上的硬幣一樣。
荷蘭光刻機(jī)巨頭阿斯麥（ASML）是目前世界上唯一使用EUV的光刻機(jī)制造商。
美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）發(fā)布的一份有關(guān)EUV光刻機(jī)的報告指出，當(dāng)今最先進(jìn)的半導(dǎo)體光刻工藝使用EUV光源，特別是13.5nm分辨率的光。EUV光允許在半導(dǎo)體中構(gòu)建更小的單位特征，而這種光由上文提及的EUVL系統(tǒng)生成，這項技術(shù)由ASML于2019年首次部署并一直保持著100%的市場份額。
市面上主流的EUV光刻機(jī)是ASML的NXE：3400C和NXE：3400D。ASML官網(wǎng)的參數(shù)顯示，兩者均支持7納米和5納米節(jié)點的EUV量產(chǎn)，后者的生產(chǎn)效率相比前者提高了15%至20%。如今，三星、臺積電、英特爾等都在爭先恐后地將EUV光刻機(jī)投入芯片生產(chǎn)中。
不過，由于美國商務(wù)部對華實施出口管制和相關(guān)規(guī)定，ASML等芯片公司自2019年以來被禁止向中國出售其最先進(jìn)EUV光刻型號。
但僅僅六年后的今天，中國在EUV光源層面取得重大突破。
林楠（來源：中國科學(xué)院官網(wǎng)）
本篇論文通訊作者林楠，現(xiàn)任中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員、博導(dǎo)，國家海外高層次人才，超強(qiáng)激光科學(xué)與技術(shù)全國重點實驗室副主任，精密光學(xué)工程部技術(shù)總師，中國儀器儀表學(xué)會集成電路分會委員，中國光學(xué)工程學(xué)會微納專委會委員，曾任荷蘭ASML公司研發(fā)科學(xué)家、研發(fā)部光源技術(shù)負(fù)責(zé)人。
林楠長期從事集成電路制造光刻光源以及芯片量檢測光源研發(fā)與工程應(yīng)用研究，擁有十余年大規(guī)模集成電路制造與測量設(shè)備科研、工程項目研發(fā)和管理經(jīng)驗, 截止目前申請/授權(quán)美、日、韓等國國際專利110余項，多項專利已完成產(chǎn)品轉(zhuǎn)化搭載在最新型光刻機(jī)及量檢測設(shè)備中。瑞典隆德大學(xué)碩士，師從2023諾貝爾物理學(xué)獎得主Anne l'Huillier院士，巴黎薩克雷大學(xué)與法國原子能署聯(lián)合培養(yǎng)博士、瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)博士后。
今年2月，林楠團(tuán)隊在《激光與光電子學(xué)進(jìn)展》第3期雜志發(fā)表封面論文，提出了一種基于空間束縛激光錫等離子體的寬帶極紫外光高效產(chǎn)生方案，可用于先進(jìn)節(jié)點半導(dǎo)體高通量量測，該方案獲得了高達(dá)52.5%的轉(zhuǎn)換效率，是迄今為止報道的極紫外波段最高轉(zhuǎn)換效率，與目前商用的高次諧波光源相比轉(zhuǎn)換效率提升約6個數(shù)量級。這一研究為國產(chǎn)光刻量測層面提供更多的新技術(shù)支持。
如今，林楠團(tuán)隊更進(jìn)一步，建立了一個基于固態(tài)激光器的平臺，與ASML的工業(yè)光刻設(shè)備不同，后者使用來自二氧化碳驅(qū)動技術(shù)的光將電路圖案轉(zhuǎn)移到硅和其他基板上。
“即使轉(zhuǎn)換效率只有3%，固態(tài)激光驅(qū)動的 LPP-EUV 光源也能提供瓦級功率，使其適用于 EUV 曝光驗證和掩模檢查?！闭撐闹兄赋?，雖然商用二氧化碳激光器功率很高，但它們體積龐大，電光轉(zhuǎn)換效率低（低于 5%），而且運行和電力成本高昂。而固體脈沖激光器近十年來取得了快速發(fā)展，目前已達(dá)到千瓦級的功率輸出，未來有望達(dá)到10倍以上。
需要說明的是，目前固體激光驅(qū)動等離子體EUV光源，或者說1 μm固體激光驅(qū)動Sn等離子體EUV光源的研究仍處于初期實驗階段，還未完全走向商業(yè)化。
林楠團(tuán)隊在論文中提到，結(jié)果顯示，當(dāng)激光峰值功率密度逐漸升高時，實現(xiàn)了高達(dá)3.42%的CE，該結(jié)果處于國際靠前水平，其所建立的LPP-EUV 光源實驗平臺和相關(guān)研究結(jié)果，為固體激光驅(qū)動等離子體EUV光刻光源及量測光源的國產(chǎn)化研發(fā)提供了技術(shù)支撐，對于中國自主開展的 EUV 光刻及其關(guān)鍵器件與技術(shù)的研發(fā)工作具有重要意義。
值得一提的是，在本月的一次投資者電話會議上，ASML首席財務(wù)官戴厚杰（Roger Dassen）表示，中國進(jìn)行的光刻機(jī)替代相關(guān)技術(shù)進(jìn)展已有耳聞，中國確實有可能制造出EUV光源，但他相信，中國依然需要很多年才能造出一臺先進(jìn)EUV（極紫外光）光刻設(shè)備。
最新年報內(nèi)容顯示，2024年，ASML實現(xiàn)凈銷售額282.63億歐元，同比增長2.55%，創(chuàng)下歷史新高。凈利潤為75.71億歐元，較2023年降低了3.4%。其中，中國成為ASML第一大市場，銷售額達(dá)到101.95億歐元，占其全球總營收的36.1%。
ASML總裁兼首席執(zhí)行官傅恪禮（Christophe Fouquet）早前曾表示，由于美國對華禁止出口EUV光刻設(shè)備，與英特爾、臺積電和三星等行業(yè)巨頭相比，中國芯片技術(shù)將落后美國等西方國家10年至15年，主要還是因為美國禁止出口EUV設(shè)備，導(dǎo)致中國無法獲得尖端光刻機(jī)。
戴厚杰強(qiáng)調(diào)，在當(dāng)前半導(dǎo)體出口管制和關(guān)稅下，中國市場需求依然強(qiáng)勁。他相信，2025年，ASML中國區(qū)的銷售額占總收入比重將略高于25%。
針對美國脅迫荷蘭政府對華進(jìn)行科技封鎖的相關(guān)情況，中國外交部發(fā)言人此前曾回應(yīng)稱，中方一貫反對美國泛化國家安全概念，以各種借口脅迫其他國家搞對華科技封鎖。半導(dǎo)體是高度全球化的產(chǎn)業(yè)，在各國經(jīng)濟(jì)深度融合的背景下，美方有關(guān)霸道、霸凌行徑嚴(yán)重違背國際貿(mào)易規(guī)則，嚴(yán)重破壞全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局，嚴(yán)重沖擊國際產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的安全和穩(wěn)定，必將自食其果。中方敦促荷方，秉持客觀公正立場和市場原則，尊重契約精神，以實際行動維護(hù)中荷兩國和雙方企業(yè)的共同利益，維護(hù)國際產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的穩(wěn)定和自由、開放、公正、非歧視的國際貿(mào)易環(huán)境。中方將密切關(guān)注有關(guān)動向，堅決維護(hù)自身合法權(quán)益。
（本文首發(fā)于鈦媒體App，作者｜林志佳）
熱門跟貼