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中国EUV光刻光源技术破冰 打破美企垄断迎来关键转折!

发布于 2025-07-06 06:43 阅读(

  

中国EUV光刻光源技术破冰 打破美企垄断迎来关键转折

  中国在极紫外(EUV)光刻核心技术领域取得历史性突破。2025年4月,中国科学院上海光学精密机械研究所(简称“上海光机所”)林楠研究员团队成功研发出基于固体激光器的LPP-EUV光源,在能量转换效率(CE)上达到3.42%,超越欧美同类型研究水平,为国产EUV光刻机研发奠定关键技术基础。这一成果不仅打破美国Cymer公司在二氧化碳激光驱动光源领域的垄断,更标志着中国在芯片制造“卡脖子”环节迈出自主创新的重要一步。

  EUV光刻是制造7纳米以下先进制程芯片的核心技术,其光源系统堪称光刻机的“心脏”。传统EUV光源依赖美国Cymer公司的二氧化碳激光器,通过激发锡等离子体产生13.5nm波长的极紫外光,能量转换效率需突破5%才能满足商用需求。这类技术长期被美方封锁,导致中国无法获取关键组件。

  林楠团队另辟蹊径,选择固体脉冲激光器作为驱动光源。相较于体积庞大、转换效率低于5%的二氧化碳激光器,固体激光器具备更高功率密度和紧凑设计优势。通过优化激光与锡靶材的相互作用参数,团队在1μm波长激光驱动下实现3.42%的能量转换效率,虽未达到商用标准,但已超越荷兰代尔夫特理工、瑞士保罗谢勒研究所等国际团队2%-3%的水平,且实验平台理论效率上限有望接近6%。

  “我们构建了全新的等离子体激发模型,通过纳秒级脉冲精准控制锡滴蒸发过程,将能量损失降低40%。”林楠在论文中指出,固体光源技术路线不仅解决了二氧化碳激光器的供应链风险,更适应未来高功率密度的发展趋势,目前10千瓦级固体激光器已进入工程测试阶段,为光源功率提升提供了明确路径。

  此次突破的背后,是一支兼具国际视野与工程经验的科研团队。作为通讯作者的林楠研究员,曾担任荷兰ASML公司光源技术负责人,主导过三代EUV光源的研发,拥有110余项国际专利,其博士阶段师从2023年诺贝尔物理学奖得主Anne lHuillier,在极紫外光源领域深耕十余年。2018年归国后,他带领团队在上海光机所搭建起国内首个LPP-EUV光源实验平台,先后突破锡靶材均匀喷射、等离子体噪声抑制等20余项关键技术。

  2025年2月,该团队曾在《激光与光电子学进展》发表封面论文,提出“空间束缚激光等离子体”方案,将极紫外量测光源的转换效率提升至52.5%,较商用技术提高六个数量级,为芯片缺陷检测设备提供了国产替代方案。此次EUV光刻光源的突破,正是量测技术积累的延伸应用。“我们打通了从基础研究到工程化的技术链条,团队中既有来自ASML、Cymer的资深工程师,也有国内高校的等离子体物理专家,这种‘产学研’结合模式加速了技术转化。”林楠表示。

  目前,荷兰ASML垄断全球100%的EUV光刻机市场,其NXE系列设备依赖Cymer的二氧化碳光源,单台售价超1.5亿美元,且对中国实施出口管制。中国每年进口的200余台高端光刻机中,EUV机型占比不足5%,严重制约14nm以下制程芯片的自主生产。

  林楠团队的技术突破,为国产EUV光刻机研发打开了突破口。尽管固体光源驱动的EUV技术仍处于实验阶段,但其展现的技术潜力已引起国际关注。美国国家标准与技术研究院(NIST)在最新报告中指出,中国在固体激光驱动光源领域的进步“可能改变EUV技术的成本结构”,预计2030年前或将出现首台搭载国产光源的EUV光刻机原型机。

  国内半导体设备厂商已展开联动布局。中芯国际、华虹半导体等晶圆厂正与上海光机所探讨光源技术对接,北方华创、中微公司等设备商启动配套零部件研发。“如果光源问题解决,光刻机整机集成的难度将下降60%。”中国半导体行业协会副理事长魏少军分析,结合国内在物镜系统、掩膜台等领域的现有积累,未来五年有望形成EUV光刻机的国产技术方案。

  面对中国的技术进步,ASML表现出复杂态度。在2025年4月的投资者会议上,其首席财务官戴厚杰承认“中国确实在EUV光源领域取得进展”,但同时强调“从光源到整机制备仍有十年以上差距”。数据显示,2024年ASML对中国销售额达101.95亿欧元,占其全K8凯发球营收36.1%,成为第一大市场。尽管美国施压要求扩大出口管制,ASML仍通过DUV光刻机订单维持在华业务,其总裁傅恪礼坦言:“封锁只会加速中国自主技术的成熟。”

  美国商务部则试图强化技术壁垒,计划将固体激光驱动的EUV光源纳入新的出口管制清单。对此,中国外交部发言人明确回应:“美方将科技和经贸问题政治化,滥用出口管制措施,严重破坏全球产业链供应链稳定。中国在光刻技术领域的自主创新,是对霸权主义的有力回应。”

  业内专家指出,此次突破不仅是技术层面的胜利,更标志着中国在高端装备领域从“跟跑”转向“并跑”。正如林楠团队在论文结语中所言:“固体光源技术路线的成功,证明中国有能力在半导体制造的‘珠峰’上开辟新路径。尽管前方仍有商用化、量产稳定性等挑战,但自主创新的引擎一旦启动,就不会停止前进的步伐。”

  随着上海光机所的技术成果进入工程验证阶段,中国半导体产业正谋划更深远的布局。国家发改委近期批复的“集成电路装备创新中心”项目,将EUV光源及整机集成列为核心攻关方向,计划投入200亿元建立“光源-物镜-工件台”全链条研发平台。清华大学、浙江大学等高校同步启动光刻胶、掩膜版等配套材料的攻关,试图构建自主可控的EUV技术生态。

  “这不是单一技术的突破,而是整个半导体装备产业集群的升级。”中国科学院院士、上海光机所所长邵建达表示,当固体光源技术与国产沉浸式光刻、量测设备形成协同,中国有望在2035年前建成完整的先进制程芯片制造体系。届时,美国的“卡脖子”策略将失去着力点,全球半导体产业格局也将因中国的技术自主而迎来更均衡的竞争格局。

  从实验室里的锡靶等离子体,到未来晶圆厂的EUV光刻机,中国科研人员用十年时间走完了欧美二十年的探索之路。这一突破背后,是对“核心技术买不来、等不来”的深刻认知,更是科技自立自强的生动实践。当EUV光源在东方亮起,照亮的不仅是硅片上的纳米电路,更是中国半导体产业突破封锁、迈向深蓝的前行之路。

  为伟大的祖国点赞!为中国科研人员坚持不懈的努力不断的创新发展点赞![赞][赞][赞][赞][赞]

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