4月29日,中国科学院上海光机所林楠团队在极紫外光刻(EUV)光源领域取得重大突破,成功开发出基于固体激光器的激光等离子体极紫外(LPP-EUV)光源,能量转换效率达3.42%,超越国际顶尖水平,打破西方技术垄断,为中国半导体产业叩开7纳米以下先进制程大门。
EUV技术:高端芯片制造的“金钥匙”
芯片是现代科技核心,EUV光刻技术是制造高端芯片的关键。其原理是利用13.5nm极紫外光,通过光刻系统将掩模版电路图案精确投影到硅片上。长期以来,EUV技术被国外垄断,荷兰ASML公司是全球唯一能生产商用EUV光刻机的企业。2019年美国实施出口管制后,ASML禁止向中国出售先进EUV光刻设备,制约中国高端芯片自主生产。
ASML技术路径与林楠团队创新
ASML技术路径
:光源系统采用激光轰击液态锡靶技术,效率仅0.02%;光学系统使用蔡司制造的多层镀膜反射镜,表面粗糙度0.1纳米以内,反射率70%;精密制造层面,套刻精度达1.1纳米,支持5纳米以下制程。
林楠团队技术路线
:采用固体脉冲激光器代替二氧化碳激光作为驱动光源,通过优化激光峰值功率密度、改进激光脉冲控制算法和筛选靶材材料,实现光源能量转换效率重大突破。3.42%的效率超越国际顶尖水平,达到商用光源转化效率的一半。固体激光器体积小、电光转换效率高(目前可达千瓦级输出,未来有望达万瓦级),理论最大效率接近6%,有望成为新一代LPP-EUV光刻光源的驱动光源。
林楠的科研传奇
林楠师从诺贝尔物理学奖得主Anne L’Huillier,在荷兰ASML公司工作期间主导EUV光源研发核心项目。2021年,他放弃国外优厚待遇全职归国,组建先进光刻研究小组,全身心投入EUV光刻技术攻坚。目前,他已申请/授权国际专利110余项,多项专利实现产品转化。
“跟跑”到“领跑”:中国半导体产业的机遇与挑战
短期影响
:提振产业信心,国内企业有望摆脱对国外设备依赖,降低生产成本,提高产品竞争力。
长期影响
:带动整个半导体产业链协同发展,吸引优秀人才投身产业,形成良好人才培养和创新生态。
挑战
:尽管在光源上取得突破,但构建完整EUV生态系统仍是巨大挑战。中国在EUV光学元件、光刻胶、对准系统等关键领域仍依赖进口。
EUV光学元件
:上海光机所离子束抛光技术实现反射镜表面粗糙度低于0.1nm,接近ASML水平,但在镀膜材料和工艺方面仍有差距。
EUV光刻胶
:国产化率不足1%,日本垄断全球99%市场,国内在高端领域未取得突破,面临配方、原料纯度等难题。
对准系统
:中国电子科技集团研发的纳米级同步定位技术,同步误差控制在0.5nm以内,达到核心指标,但在整体集成和优化方面仍需努力。
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