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浙江大學光刻機殺瘋了!
4月10日,杭州傳來重磅消息。浙江大學極端光學技術與儀器全國重點實驗室,一次性甩出三項光學硬核成果。三項技術直指晶片製造核心環節,直接改寫中國國產光刻產業鏈格局。先看核心重頭戲——萬通道3D奈米雷射直寫光刻機。圖:萬通道3D奈米雷射直寫光刻機它專門攻克高端半導體掩範本製造,堪稱晶片的“模具”。傳統掩範本製造靠單束雷射,精度夠但速度慢,難滿足產業化需求。浙大團隊直接把單束雷射升級為萬束平行,效率直接拉滿。加工精度達亞30奈米,速率42.7平方毫米/分鐘,是傳統雙光子直寫的幾十倍。最大刻寫尺寸覆蓋12英吋矽片,大面積微納製造從此有了新路徑。簡單說,傳統是“一支筆慢慢畫”,它是“萬支筆同時寫”,速度全球領先。這台裝置直接打破電子束直寫速度慢、成本高的瓶頸,補齊國產掩範本製造短板。掩範本是晶片光刻的核心,精度卡脖子,國產替代一直難推進。浙大這台光刻機,直接把“卡脖子”變成“自主可控”。第二項成果,是桌面式高亮極紫外光源。過去要產生高能量極紫外光,得靠足球場大小的國家大裝置,還不穩定。浙大團隊把它壓縮成桌面系統,穩定輸出高能量、高亮度極紫外光。相當於造了一把“極紫外手電筒”,專門檢測掩範本的奈米級缺陷。這是中國極紫外掩模檢測的關鍵技術支撐,徹底擺脫對大裝置的依賴。極紫外光用於最先進晶片製造,檢測環節一直被國外壟斷。浙大這項突破,讓實驗室和中小企業也能輕鬆開展極紫外檢測,成本大降。第三項,是桌面式極紫外光顯微鏡。它用演算法代替光鏡,徹底顛覆傳統成像邏輯。從“所看即所得”變成“所算即所得”,解析度優於25奈米,國際領先。能直接穿透晶片表層,看清內部結構和成分,精準定位缺陷。傳統顯微鏡看不透晶片內部,檢測只能依賴進口裝置,成本高、周期長。這台顯微鏡讓國產晶片內部檢測實現自主化,精度和效率都達國際水準。實驗室主任劉旭,用一句話總結三項成果的價值。光刻機負責“快手”造掩範本,極紫外光源提供“高亮”檢測光,顯微鏡充當“銳眼”找缺陷。三者形成閉環,覆蓋高端掩範本製造全流程。這標誌中國在極紫外光學、超快雷射、精密加工領域,達到國際領先水平。再看行業背景。晶片製造是國產硬科技的核心戰場,光刻環節長期被國外壟斷。掩範本、極紫外光源、檢測裝置,每一環都是卡脖子難點。浙大三項成果,剛好精準命中這些痛點,全鏈條突破。掩範本製造效率提升幾十倍,極紫外檢測成本大幅降低,內部檢測實現自主化。這對整個半導體產業的意義,不亞於一台全新EUV光刻機落地。從技術落地看,三項成果都具備產業化潛力。光刻機可直接服務晶片設計公司和晶圓廠,提升掩範本製造效率。桌面式極紫外光源和顯微鏡,可廣泛應用於晶片檢測、材料分析等領域。浙大實驗室已開始推動成果轉化,後續有望快速落地生產線。對比國際同行,浙大的突破毫不遜色。桌面式極紫外光源和顯微鏡,直接對標國際頂尖裝置,體積更小、成本更低。萬通道雷射直寫光刻機,在平行加工效率上實現全球領先。這是國產光學裝備的一次集體突圍,也是硬科技自主可控的重要一步。當然,行業挑戰仍在。高端晶片製造是系統工程,除了光刻,還有材料、裝置、工藝等多個環節。國際巨頭仍在技術迭代,國產替代需要持續投入和積累。但浙大的三項成果,已經給出清晰的突破路徑。從掩範本製造到檢測,全鏈條自主可控,為國產晶片製造打下堅實基礎。4月10日的發佈會,只是一個開始。浙大極端光學實驗室的技術積累,還將持續釋放更多成果。 (1 ic芯網)
北大團隊首創技術“看清”光刻膠真面目
光刻技術是支撐積體電路晶片工藝不斷微縮的關鍵技術基礎,近日,北京大學化學與分子工程學院彭海琳教授團隊及其合作者在《自然-通訊》上披露了他們的新發現。該團隊通過創新應用冷凍電子斷層掃描(cryo-ET)技術,團隊首次解析光刻膠在液態環境中的微觀三維結構及動態行為,為晶片製程微縮化與良率提升提供全新解決方案。相關成果發表於《自然-通訊》(Nature Communications)。論文連結: https://www.nature.com/articles/s41467-025-63689-4彭海琳表示,光刻是晶片製造中關鍵的步驟之一,通俗理解,光刻就是給半導體晶圓(比如矽片)“印電路”,核心是用超精密“投影儀”把設計好的電路圖案,縮小後印在矽片的特殊薄膜上,再通過沖洗定型。光刻是晶片製造的核心技術之一,更是微納加工領域“皇冠上的明珠”。顯影液則在電路圖案形成過程中發揮著重要作用。在光刻膠顯影過程中,光刻膠的曝光區域會選擇性地溶解在顯影液的液膜中。液膜中光刻膠分子的吸附與纏結行為,是影響晶圓表面圖案缺陷形成的關鍵因素,進而可直接影響晶片性能和良率。《自然-通訊》報導的簡介中提到,儘管經過數十年的研究,光刻膠在液膜和介面處的微觀行為仍然難以捉摸,導致工業界對圖案缺陷的控制很大程度上是一個反覆試驗的過程。在這裡,我們利用冷凍電子斷層掃描(cryo-ET)方法揭示了液膜和氣液介面處光刻膠聚合物的奈米結構和動力學。與傳統方法相比,cryo-ET 以顯著提高的解析度重建了光刻膠聚合物的天然態三維結構。Cryo-ET 重建解決了光刻膠聚合物在本體溶液中氣液介面上的空間分佈,揭示了聚合物鏈之間的內聚纏結。通過抑制聚合物纏結並利用光刻膠在氣液介面的吸附,在工業條件下消除了 12 英吋晶圓上的污染,使與晶圓廠相容的光刻圖案缺陷減少率提高了 99% 以上。註:a光刻膠顯影后 12 英吋晶圓的光學圖像。b顯影奈米圖案的 SEM 圖像。c光刻膠(化學放大光刻膠)的水接觸角測量。插圖:光學圖像顯示光刻膠的水接觸角約為 85°。d示意圖顯示光刻膠潤濕性差導致纏結聚合物吸附在圖案表面。e、f光刻膠顯影后12 英吋晶圓的缺陷對應(e),其中每個紅點表示圖案缺陷的發生(f)。g cryo -ET 切片顯示,當將曝光後烘烤溫度(T)從 95°C(左)增加到 105°C(右)時,聚合物纏結受到抑制。h通過抑制氣液介面處的聚合物纏結來去除缺陷的示意圖,防止大尺寸聚合物殘留物的形成和沉積。i消除缺陷的 12 英吋晶圓。j通過抑制氣液介面處的聚合物纏結,顯影圖案的聚合物殘留量降低了 99% 以上。插圖:無缺陷顯影圖案的典型 SEM 圖像。比例尺,80 奈米。冷凍電鏡斷層掃描的三維重構帶來了一系列新發現。論文通訊作者之一、北京大學化學與分子工程學院高毅勤教授表示,以往業界認為溶解後的光刻膠聚合物主要分散在液體內部,可三維圖像顯示它們大多吸附在氣液介面。團隊還首次直接觀察到光刻膠聚合物的“凝聚纏結”,其依靠較弱的力或者疏水相互作用結合。而且,吸附在氣液介面的聚合物更易發生纏結,形成平均尺寸約30奈米的團聚顆粒,這些“團聚顆粒”正是光刻潛在的缺陷根源。“我們由此提出了兩項簡單、高效且與現有半導體產線相容的解決方案。一是抑制纏結,二是介面捕獲。”彭海琳說,實驗表明,兩種策略結合,12英吋晶圓表面的光刻膠殘留物引起的圖案缺陷被成功消除,缺陷數量降幅超過99%,且該方案具備極高的可靠性和重複性。彭海琳表示,研究說明冷凍電子斷層掃描技術為在原子/分子尺度上解析各類液相介面反應提供了強大工具,也有助於闡釋高分子、增材製造和生命科學中廣泛存在的“纏結”現象。“我們的方案能為提升光刻精度與良率開闢新路徑。”彭海琳說。這項由中國科學家主導的重大突破,是基礎科學研究與產業應用需求緊密結合的典範。正如論文作者所言,這項工作為解讀水介面化學反應的結構和動力學鋪平了道路,而該領域的理論制定仍處於早期階段。低溫電子斷層掃描 (cryo-ET) 在解決聚合物科學、增材製造和生命科學中普遍存在的糾纏方面也顯示出巨大的潛力。在半導體工業的應用方面,液膜中的聚合物奈米結構和動力學有望有利於光刻、蝕刻和濕法工藝領域的缺陷控制,而這些領域對於製造下一代電子產品至關重要。 (半導體材料與工藝裝置)