#EUV 技術
美國技術機構:如果中國遲遲造不出EUV,跟日本企業合作,採用佳能的裝置是突破封鎖的唯一機會
01 前沿導讀據美國半導體技術機構SemiAnalysis所發佈的專欄報告指出,日本佳能的奈米壓印(NIL)技術在國際晶片領域被冠以“匹敵甚至超過EUV的能力”,從理論上來說,奈米壓印可以達到甚至是超過EUV光刻機的曝光解析度,並且裝置的製造成本比EUV光刻機更低。但是奈米壓印技術存在多種問題,例如零件的損耗、多層圖案的對齊精度、製造邏輯晶片的良品率等問題。日本的奈米壓印裝置與ASML主導的傳統光刻裝置不同,儘管美國也對日本企業實施出口管制,但奈米壓印裝置還可以進行出口。如果中國企業在EUV領域的進展緩慢,那麼與日本佳能合作,嘗試使用奈米壓印技術製造晶片,也是一條可行的技術路線。02 奈米壓印奈米壓印與光學光刻的核心理念是一致的,都是將掩範本上面的圖案轉移到晶圓上面。先進行多層的圖案化疊加,然後進入到刻蝕、沉積等工藝步驟,最終完成整個晶片之後進入封裝環節。只不過光學光刻使用光源透過光縫快速掃描印刷,而奈米壓印則是使用一種特定的“印章”,將圖案進行機械化印刷,這兩種技術存在本質上的差別。奈米壓印技術,最早是由美國普林斯頓大學的華人科學家周郁在1995年提出的技術。2001年,奈米壓印從學術界逐步過渡到商業化的範疇,成立了分子壓模公司 (Molecular Imprints Inc.),開始將奈米壓印技術應用在製造半導體晶片上。2014年,在日本佳能公司收購了分子壓模公司之後,又聯合了日本印刷株式會社、鎧俠控股等多個企業共同開發奈米壓印的晶片製造技術。並且佳能將奈米壓印技術定義為ASML EUV的替代方案,企圖用這種方法來縮短與ASML的技術差距。目前為止,全球的晶片製造格局變成了ASML、尼康、佳能三家比拚,中國企業緊隨其後。ASML持有浸潤式DUV光刻機和EUV光刻機這兩大王牌裝置,尼康走的是傳統光刻,旗下有乾式DUV和浸潤式DUV裝置,但裝置的技術水平落後於ASML。佳能擁有乾式DUV光刻機,並且還持有已經商用的奈米壓印裝置。2023年10月13日,佳能宣佈推出型號為“FPA-1200NZ2C”奈米壓印光刻機裝置。據佳能表示,該裝置的硬體能力支援最小線寬14nm的晶片製造,相當於是邏輯晶片的5nm節點。隨著掩模技術的提升,該裝置可以實現2nm節點的邏輯晶片製造,並且其技術成本要比ASML的EUV裝置低很多。03 現存問題佳能的奈米壓印裝置已經交付給了鎧俠集團和鎂光科技,用於製造快閃記憶體晶片。儲存晶片與邏輯晶片存在本質上差別,儲存晶片的結構簡單,重複度高,對於掩模的要求較低,甚至幾百層的圖案結構都是一致的。而邏輯晶片涉及到CPU、GPU、NPU等多種電晶體的圖案設計,其每層的電路圖案都不一樣,這對於掩模和裝置精度要求很高。奈米壓抑的機械印章非常細小,其尺寸相當於人類頭髮的橫截面。現在使用這個裝置每秒壓印一次晶片,只要是機械印章出現一丁點的缺陷或者是損耗,這都會直接影響晶片的良品率。傳統光學光刻所使用的掩範本,其使用壽命支援光刻100000個晶圓,而奈米壓印所使用的掩範本壽命遠低於光學掩範本。想要解決這個問題,就必須投入資源去開發適配的材料,不但成本高,而且耗時長,這也是奈米壓印遲遲沒有製造邏輯晶片的原因之一。我們將目光投向中國大陸市場,杭州璞璘是中國唯一一家深耕奈米壓印技術的企業,由該公司製造的PL-SR系列奈米壓印裝置已經在2025年8月份正式交付給客戶使用。並且該公司的創始人葛海雄先生,師從奈米壓印技術發明人周郁博士,具備20年以上的技術開發經驗。根據璞璘公司的資料顯示,該裝置是迄今為止唯一在國內初步實現20nm以下高端晶片所需的奈米壓印裝置。並且公司還向市場供應了包括範本複製膠、耐刻蝕型奈米壓印膠、刻蝕傳遞膠、光學奈米壓印膠、耐腐蝕奈米壓印膠、增粘膠、防粘試劑在內的40余種製造材料,建立起一條全新的晶片產業鏈。佳能在硬體裝置上,對比中國現存的產品具備明顯優勢。但中國企業的路線是押注傳統光學光刻和奈米壓印光刻兩種技術路線,並且這兩種技術路線平行研發。在無法獲取EUV裝置的前提下,奈米壓印技術是一個可以嘗試的技術方案,但奈米壓印現存的問題就是製造先進邏輯晶片的損耗大、良品率低,可以當做備選方案,光學光刻技術依然是主流的選擇。 (逍遙漠)
EUV光刻的大難題
要使高NA EUV 光刻技術發揮作用,需要採用適合製造的方法來拼接電路或對更大的掩模進行全面改變。曝光場之間的電路拼接對高數值孔徑 (0.55) EUV 轉換的設計、良率和可製造性提出了挑戰。替代方案是徹底將 6×6 英吋掩範本改為 6×11 英吋掩範本,從而消除電路拼接,但需要幾乎完全更換掩範本製造基礎設施。現代多核 SoC 具有越來越大的片上記憶體,通常難以保持在光罩極限內,即 193nm 浸沒式和 EUV 光刻的面積為 26 平方毫米,而由於變形鏡頭,高 NA 的光罩面積會縮小到該尺寸的一半。將中介層納入封裝中允許晶圓廠將此類設計拆分為晶片,但中介層仍然必須適合標準場大小。該尺寸由光罩尺寸(6×6 英吋)決定,光刻掃描器會將其縮小 4 倍(最大為 676 平方毫米)。對於高 NA(0.55)EUV,該場要小一半,這也會使 EUV 工具的吞吐量減半。結果是每兩次曝光的圖案都必須拼接在一起。IBM研究員Christopher Bottoms 在最近的 SPIE 先進光刻與圖案技術會議上表示,將多個光罩拼接成單一設計,正成為跨多種光刻工藝的一個重要難題。[1] 或許最嚴峻的拼接挑戰來自高數值孔徑 EUV 曝光裝置。在高NA曝光中,入射光以較小的角度照射到光罩上。由於EUV光學元件具有反射性,入射光可能會在到達晶圓之前與折射光發生干擾。新思科技(Synopsys)的應用工程師Zachary Levinson解釋說,高NA系統使用變形鏡頭來避免這個問題,在一個方向上縮小4倍,在另一個方向上縮小8倍。遺憾的是,這種解決方案會將標準6×6英吋光罩的曝光範圍減半。將單個電路層分割到多個光罩上會立即引發良率問題,尤其是對於尺寸本身就極具挑戰性的關鍵層。除了設計的兩半必須彼此精確對準外,它們還必須與上方的完整場層對準。Levinson 估計,2nm 的掩模間套刻誤差將導致圖案關鍵尺寸至少出現 10% 的誤差,且不考慮任何其他誤差源。曝光工具拼接影響良率先進的光刻技術依賴於各種校正,以確保角落、線端和其他特徵的精確印刷。兩個掩範本的輔助特徵必須精心放置,以避免相互干擾。任何跨越兩個掩範本邊界的晶圓特徵都將由兩條不同的線段組裝而成。為了將兩者組合成單個連續的光刻膠特徵,兩個掩範本的設計必須同時考慮兩個線端之間的重疊以及它們與兩個掩範本邊界的相互作用。EUV 掩範本包含一個黑色邊框,該邊框蝕刻貫穿構成掩模空白的多層堆疊。該區域可防止雜散反射進入相鄰的曝光場,但也會導致應力鬆弛,從而扭曲緊鄰的多層結構。因此,在黑色邊框和實際掩模圖案之間會存在一個額外的未圖案化的空白區域。在“按解析度”列印的設計中,只需沿縫合線切割即可,掩模 A 上的邊框區域將與掩模 B 上的圖案化區域重疊。對空間圖像的影響取決於多種因素,包括掩模吸收層的反射率和光刻膠的靈敏度。西門子EDA公司的徐東波及其同事發現,在縫合邊界附近,光刻膠線往往會變窄或變寬,具體取決於重疊程度。接觸孔的結果甚至更糟,要麼是重複的孔,要麼是橢圓形的孔。Synopsys的Levinson 表示,針腳邊界一定程度的不匹配是不可避免的,因此設計人員必須避免將關鍵特徵放置在邊界區域。縫合感知設計威脅性能根據加州大學洛杉磯分校研究員 Sagar Jain 的說法,最簡單的解決方案是將電路特徵完全排除在邊界區域之外。否則可能跨越邊界的線路可以布線到全場層,穿過禁區,然後再返回。 但是,如上所述,半場層和全場層之間的覆蓋已經很有挑戰性。在這種方法中,未對準的過孔可能會威脅產量,受影響的電線長度的增加將影響性能。結果取決於禁區的寬度和位置,以及設計中的高 NA EUV 層的數量。在最壞的情況下,單核設計的最大頻率可能會降低 3%,功耗會增加 3%。在多核設計中,電路宏可能需要幾個變體,有或沒有禁區交叉,這增加了設計和驗證的複雜性。Synopsys 工程高級總監 Yongchan (James) Ban 和他的同事並沒有完全排除邊界,而是模擬了許多不同的拼接感知設計最佳化,所有這些最佳化都是為了減少跨越拼接邊界的線路數量。其中第一個也是最簡單的一個可以防止邏輯塊跨越邊界分裂。接下來,該設計將相關的 I/O 連接埠彼此靠近放置,並放置在同一個半場內。這兩個選項減少了受分割影響的訊號路徑數量,而 I/O 連接埠的叢集化也縮短了整體線路長度。避免將標準單元放置在邊界附近,進一步減少了邊界交叉。總體而言,這些最佳化將拼接面積損失降低到 0.5% 以下,性能下降降低到 0.2% 左右。雖然這些變化減少了受邊界區域影響的特徵數量,但保留的特徵仍然面臨可列印性問題。Ban 表示,特定區域的設計規則有助於確保邊界線附近的特徵能夠正確列印。然而,這種方法對整體設計的破壞性也更大。標準單元可能具有不同的尺寸,因此根據其相對於邊界的位置和方向,其特性也有所不同。雖然縫合感知最佳化需要仔細建模近邊界區域的光刻行為,但設計界似乎已做好準備迎接這一挑戰。然而,吞吐量的影響是不可避免的。更大的光罩消除了拼接,但裝置成本更高HJL光刻公司總裁Harry Levinson估計,將曝光場減半可能會導致產量降低高達40%,具體取決於設計。此外,產量成本的很大一部分源於場間掃描的開銷。如果曝光場數量增加一倍,則掃描器的掃描次數也必須增加一倍。提高光源功率或光刻膠靈敏度的影響相對較小。然而,正如英特爾副總裁弗蘭克·阿布德(Frank Abboud)所建議的那樣,增加光罩尺寸可以同時解決拼接和吞吐量挑戰。在eBeam Initiative的一次演講中,他引用了ASML的說法,他們目前的EUV平台設計可以容納6×11.2英吋的光罩,而無需改變光學元件。Mycronic已經為平板顯示器行業生產光罩寫入工具,並準備最早於明年推出6×11英吋光罩寫入器的原型。然而,這種樂觀的言論遠非事實的全部。光罩尺寸的變化將影響掩模車間的所有裝置,從用於製造空白掩模的沉積和檢測裝置,到用於吸收層圖案化的抗蝕劑塗層和顯影裝置。萊文森統計了14種不同的裝置將發生變化。即使是熱衷於更大掩模尺寸的阿布德也承認,這會使一些裝置的成本翻倍。D2S首席執行官Aki Fujimura 表示,EUV 掩範本的製作是一項尤其艱巨的挑戰。面積翻倍將使本已嚴峻的應力管理和缺陷控制挑戰雪上加霜。另一方面,EUV技術經過多年的拖延,最終因為DUV多重曝光的高產能成本而被採用。EUV光刻機的成本已經接近4億美元。光刻機的生產效率是影響晶圓廠整體成本效率的最大因素。Fujimura表示,更大的掩模尺寸可以避免高NA EUV光刻機的生產效率大幅下降,並能顯著提高現有0.33 NA光刻機的生產效率。這將使器件受益,遠超數量相對較少的尖端高NA應用。雖然從技術和產量的角度來看,6×11英吋掩範本顯然是更好的選擇,但業界對其成本仍持懷疑態度。Abboud指出,1nm技術將是一個潛在的切入點,因為無論如何,許多工具都需要升級才能滿足該節點的要求。 (半導體行業觀察)
中國光刻機新突破!
前荷蘭ASML首席科學家 —— 推動了中國在極紫外(EUV)領域的最新突破研究論文顯示,研究團隊通過固態雷射驅動方法在光刻研究中取得了世界級成果中國研究人員通過建構一個在國際競參數下運行的極紫外光源平台,突破了國產先進晶片生產的關鍵障礙,一篇研究論文如是指出。該團隊來自中國科學院上海光學精密機械研究所,由曾任荷蘭ASML光源技術負責人林楠領銜。自2019年起,在美國壓力下,全球唯一的EUV光刻機製造商ASML被禁止向中國出售其最先進機型,而EUV裝置對於製造7奈米以下製程晶片至關重要。在4月16日的投資者電話會議上,ASML首席執行官克里斯托夫·富凱表示,“產生一些EUV光總是可能的,但中國要造出一台EUV光刻機還需要很多、很多年”。林楠於2021年響應國家海外高層次人才引進計畫回國,並創立了撰寫該論文的先進光刻技術研究組。在加入ASML之前,林楠曾獲歐盟瑪麗·居里行動計畫資助,在2023年諾貝爾物理學獎獲得者、瑞典皇家科學院院士安妮·呂耶(Anne L’Huillier)指導下開展研究。該論文發表於三月刊《雷射學報》,稱團隊開發出一種雷射電漿體(LPP)EUV光源 —— 光刻機的核心部件 —— 這可能成為中國半導體產業的重大突破。“該實驗平台將支撐固態雷射驅動電漿體EUV光源及其測量系統的國產化,對中國發展EUV光刻技術及其關鍵元件具有重要意義,”論文寫道。論文指出,林楠團隊基於固態雷射建構了光源平台,有別於ASML的工業光刻裝置 —— 後者採用CO₂雷射技術將電路圖案轉移到矽片等基材上。CO₂雷射可輸出十千瓦量級功率並具高重複頻率,而固態平台此前性能較低。林楠等人寫道:“商業CO₂雷射器功率雖高,但體積大,壁插效率低(低於5%),運行及用電成本高。”“過去十年固態脈衝雷射快速發展,如今已實現千瓦級輸出,未來有望提升十倍以上。它們體積緊湊,壁插效率約20%,有望成為下一代LPP-EUV光刻的驅動光源。”論文稱,該實驗平台的成果已與國際上類似的固態LPP-EUV研究相當,其轉換效率也達到了商業CO₂雷射光源的一半以上。團隊使用1微米固態雷射,獲得最高3.42%的轉換效率 —— 超過荷蘭奈米光刻先進研究中心2019年的3.2%,以及蘇黎世聯邦理工學院2021年的1.8%。資料對比顯示,中國平台尚低於中央佛羅里達大學2007年創下的4.9%,以及日本宇都宮大學去年記錄的4.7%。論文指出,商業CO₂雷射驅動的EUV光刻光源轉換效率約為5.5%。研究人員指出,千瓦級1微米固態雷射已成熟並可商用,“即便轉換效率為3%,固態雷射驅動的LPP-EUV光源也可提供瓦級功率,足以用於EUV曝光驗證和掩膜檢測”。他們估算,該平台理論最高轉換效率可接近6%,並計畫通過進一步測試來最佳化理論與實驗結果。 ( 機構調研記)
上海EUV光刻技術重大突破!阿斯麥爾垂死蹦跶?!
中國人為什麼要"弒神"!因為“沒有光刻機,中國晶片永世為奴!”十年前,阿斯麥總裁翹著二郎腿,對著鏡頭如此冷笑。美國Cymer公司更是囂張,“我們的二氧化碳雷射技術,中國人連圖紙都看不懂!”西方媒體跟著集體高潮,《福布斯》陰陽怪氣,“中國人的3nm晶片?那不是PPT神話嗎!”過去這被掐住喉嚨的十年,是中國半導體最冷的寒冬。"卡脖子?那就把手指一根根掰斷!"上海光機所實驗室裡,林楠摔碎ASML的技術白皮書。三年!整整三年!團隊人均瘦了15斤,實驗日誌堆到天花板。2025年4月,一束固體雷射自上海光機所轟然射出,直接轟穿ASML的霸權鐵幕!!光刻機三大命門:光源、光學系統、雙工件台,中國已然補上了最後一塊拼圖!阿斯麥的EUV光刻機之所以能壟斷全球,核心在於其採用的二氧化碳雷射驅動光源技術,這項技術長期被美國Cymer公司獨佔。 而上海光機所林楠團隊另闢蹊徑,選擇固體脈衝雷射器路線,用固體雷射“掀翻”Cymer王座。 簡單來說,這次重大突破有2個特點: 1.繞過專利封鎖:固體雷射器體積更小、能耗更低,僅為ASML方案的1/3,且電光轉換效率潛力更大。 2.突破能量瓶頸:實驗光源轉換效率達3.42%,團隊預測理論極限可逼近6%,而這正是Cymer商用光源的核心競爭力。 “阿斯麥有的,我們全有!阿斯麥沒有的,我們正在造!”連中芯老工程師都不禁握緊雙全發出怒吼。 當林楠甩出一沓論文,登上《中國雷射》封面的那一刻,阿斯麥這次真的嚇瘋了! 總裁連夜打越洋電話,聲音發抖:“快查!中國人是不是偷了技術?” 另一邊,全球客戶收到緊急郵件:“舊EUV換新款,打五折!不,三折!” 呵呵,平均34.5歲的中國光刻機研發工程師笑了! 國產EUV光刻機即將橫空出世:前期售價即可壓到1.2億!阿斯麥每年3000萬美元的維護服務費?全部不用! 而且每一位我們的朋友,都將收到一枚0.1nm精度的晶圓,上面刻著微縮版一句中國古詩詞:“劍氣縱衡三萬裡,一劍光寒十九洲”! 中國半導體,殺穿黑暗,終見曙光! (十分見談)
劍氣縱衡三萬裡,一劍光寒十九洲 !
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重大突破!前ASML專家林楠推進中國EUV技術攻堅
4月29日,由中國科學院上海光機所林楠研究員領銜,成功建構出以國際競爭參數運作的極紫外線(EUV)光源平台。這項突破不僅打破了西方在 EUV 核心技術上的壟斷,更標誌著中國半導體產業正式叩開了7奈米以下先進製程的大門,據悉林楠曾是荷蘭ASML公司研發科學家、研發部光源技術負責人。(中國科學院上海光學精準機械研究所超強雷射科學與技術全國重點實驗室副主任林楠,圖源:中國科學院大學)在ASML 統治EUV 領域的二十年裡,其二氧化碳雷射技術系統始終是產業標竿。但林楠團隊另闢蹊徑,採用固態雷射方案實現了3.42% 的轉換效率,這項指標不僅超越蘇黎世聯邦理工學院等西方頂尖機構,更比ASML 現有技術提升了40%。這種顛覆性創新源自於團隊對下一代高能效系統的前瞻性佈局- 透過最佳化雷射脈衝控制演算法和靶材材料,該平台理論效率可達6%,遠超過目前商業基準。值得關注的是,林楠團隊在光源穩定性上取得突破。其自主研發的雷射電漿體(LPP)系統,透過雙脈衝打靶技術將錫液滴控制精度提升至奈米級,此技術路徑與ASML 的高壓汞燈方案形成差異化競爭。這種技術路線的選擇,不僅規避了西方技術封鎖,也為未來擴展至更短波長(如6.7nm)奠定了基礎。2021 年林楠的歸國,被業界視為中國半導體人才策略的關鍵落子。這位師從諾貝爾物理學獎得主Anne L'Huillier 的科學家,曾主導ASML EUV 光源研發的核心計畫。他的回歸不僅帶來了ASML 的技術積累,更帶來了全球視野的研發概念。在他的帶領下,團隊建構了"基礎研究- 技術轉化- 產業應用" 的全鏈條創新體系。透過與清華大學SSMB-EUV 光源方案的協同,中國在EUV 領域形成了多技術路徑並行的研發格局:一方面推進固態雷射光源的工程化,另一方面探索基於穩態微聚束(SSMB)的下一代光源。這種"兩條腿走路" 的策略,使中國在光源領域的技術儲備超越單一技術路線的侷限。儘管光源突破意義重大,但建構完整EUV 生態系統仍是巨大挑戰。目前,中國在EUV 光學元件、光阻、對準系統等關鍵領域仍依賴進口。不過,國內科研機構正加速填補空缺:光阻:南開大學團隊開發的金屬氧化物光阻,在靈敏度和解析度上已接近國際水平;武漢太紫微公司的T150 A 光阻更通過量產驗證,其120nm 的極限解析度超越同類進口產品。光學鏡面:上海光機所的離子束拋光技術,已實現反射鏡表面粗糙度低於0.1nm,接近ASML 的亞奈米級精度。對準系統:中國電子科技集團研發的奈米級同步定位技術,可將掩模台與晶圓台的同步誤差控制在0.5nm 以內,達到EUV 微影機的核心指標。林楠團隊的光源技術若與上海微電子的DUV 光刻機結合,透過多重曝光技術可實現7nm 製程,這將直接衝擊台積電、三星的先進製程優勢。更長遠來看,中國在EUV 領域的技術儲備,可能使2030 年的3nm 以下製程競爭格局發生根本性改變。面對西方的技術封鎖,中國選擇了"以空間換時間" 的策略:在中低端市場用DUV 光刻機保障產能,在高端領域集中攻關EUV。這種"雙軌並行" 的戰略,正使中國從晶片消費大國向技術輸出國轉型。站在2025 年的節點回望,這場光源革命的意義遠超過科技本身。它標誌著中國在半導體領域的創新範式發生質變—— 從跟隨模仿到源頭創新,從單點突破到系統重構。 (DOIT傳媒)
搞一個光源就叫突破啦?
持續盜取技術
嘴砲
就想說大陸怎進步那麼快原來如此
EUV光刻新方案,大幅降低成本!
本文討論了一種具有簡化照明系統的簡單、低成本、高效率的雙鏡片物鏡系統。與目前的六鏡片極紫外投影物鏡系統相比,極紫外光源的輸出功率需求可降低 1/10。以每小時 100 片晶圓的處理速度計算,所需的 EUV 光源功率僅為 20 瓦。全新設計的投影物鏡可實現 0.2 NA(20 毫米領域)和 0.3 NA(10 毫米領域),可組裝成類似於 DUV 投影物鏡系統的圓柱型裝置,具有出色的機械穩定性,且更易於組裝/維護。極紫外光通過位於衍射錐兩側的兩個窄圓柱形反射鏡引入掩膜版前方,提供平均法向照明,減少光刻掩膜三維效應。簡化的照明系統提供對稱的四極離軸照明,繞過了中心遮蔽,提高了空間解析度,還實現了柯勒照明。理論解析度極限為 24 納米(20 毫米視場),圖像縮小係數 x5,物像距離 (OID) 2000 毫米。使用曲面掩模後,物像距離高度可降低到(OID)1500 毫米,解析度為 16 納米(10 毫米視場)。它將適用於移動終端應用的小尺寸晶片生產以及最新的chiplet晶片技術。 1. 引言 在過去的幾十年裡,人們一直致力於超紫外光刻技術的廣泛研發和大量投資。直徑近 1 米的高精度多層反射鏡和高功率 EUV 光源等關鍵部件已經研製成功。數值孔徑(NA)為 0.33 的量產型光刻機目前已投入使用。然而,要使 EUV 光刻技術被廣泛接受為大批次製造的可靠工具,它必須在經濟上是可行的。因此,需要解決成本問題。雖然 摩爾定律依然適用,但必須記住,地球上的資源是有限的。因此,我們必須努力實現可持續發展目標。晶片行業在開發下一代產品時,應避免過度消耗電力和水資源。 本文旨在尋找一種具有成本效益的解決方案,利用現有技術在合理的時間範圍內滿足性能要求。因此,我們專注於內聯雙鏡片組態的低數值孔徑(low NA)光刻技術,如圖 1 所示。這種方法有助於降低成本和節約用電。