哈工大搞定EUV光刻机所需的13.5nm极紫外光源

近日，哈尔滨工业大学发布了一项重磅消息：“放电等离子体极紫外光刻光源”技术取得突破，并成功进入成果转化阶段。

据悉，哈工大该项技术能够提供13.5nm的极紫外光源。基于电能的等离子体光源技术，直接利用电能生成等离子体，在放电等离子体过程，让等离子体中的原子、离子等粒子在特定条件下发生能级跃迁等过程，从而辐射出 13.5nm 波长的极紫外光。

实现13.5nm极紫外光源有何意义呢？如果最直白来说，世界上最先进的光刻机使用的就是13.5nm的极紫外光源，可以实现7nm以下的工艺节点。哈工大这项研究让我国EUV光刻机发展前进了一大步。

据了解，早在2022年哈工大团队就推出了光源样机，2023年完成了原型机研发，2024年上半年通过了关键测试，最终在2025年1月3日正式宣布成功。

相比传统技术，尤其是与采用激光等离子体（LPP）方案的技术对比，哈工大的 DPP 技术省去了激光生成环节，极大地降低了能源消耗，同时还能实现较高的能量转换效率，使能源利用更加高效。在成本控制方面，减少了对高精密激光器和进口FPGA芯片的依赖，降低了生产成本，让设备在造价上更具竞争力，有利于大规模产业化推广。在系统集成方面，设备体积小，便于灵活部署，在系统的集成和应用上具有更大的优势，解决了传统技术设备可能存在的体积庞大、部署困难等问题。

值得注意的是，这并非中国在EUV光源领域的首次突破，早在数年前，长春光机所就通过激光等离子体方式制备了EUV光源。当时长春光所采用的技术与ASML的方法类似，虽然性能出色，但由于成本高昂，在大规模生产和应用上存在难度。而哈工大采用了一种新的技术路径，为国内EUV光刻机研发带来了更多选择。

作为先进芯片制造的“关键装备”，EUV光刻机一直被荷兰ASML垄断，其光源技术更是被视为“卡脖子”环节。由于极紫外光的波长极短，能量极低，且容易被周围的物质吸收，因此如何制造出稳定、高效的极紫外光源，一直是全球科技界的一大挑战。当前EUV光源基本上都是由ASML子公司Cymer一家独占，最有希望与之竞争的是日本 komatsu子公司的Gigaphoton 。事实上，能够生产光刻级别DUV光源的公司也只有这两家。

当然，EUV光刻机不仅仅是光源这么简单。由于EUV的特性，从光刻胶材料到涂光刻胶的手法，再到各种镜子/光路设计都是问题。想要实现EUV光刻机还需要克服以下的难题，例如尽量少吸收EUV的反射式photomask；尽量少吸收EUV的photoresist，或者将photoresist 涂抹的足够薄的技术；反射镜会吸收一部分EUV并被损伤，这个过程会产生的颗粒并附着在 photomask上影响蚀刻的内容；nm级别移动反射镜和wafer的机械控制等等。

除了Cymer提供光源，ASML生产的EUV光刻机的镜头和工作台以及其它重要组成也都是由其它公司提供的。

ASML EUV光刻机的镜头是由德国蔡司公司所负责。每一台光刻机需要几十个镜头来精准聚焦紫外光束，从而使芯片的生产达到所需的nm级精度。镜头的精度几乎直接决定了光刻机的优劣，蔡司为ASML EUV光刻机提供了高精密的反射镜式物镜系统，通常由多个高反射率的反射镜组成，其表面粗糙度达到nm级甚至更高水平，采用先进的多层镀膜工艺，在 13.5nm 极紫外光波段实现高反射率，同时还具备良好的光学稳定性和抗污染性能。

ASML EUV光刻机的工作台主要是由两家荷兰公司提供。其中，VDL ETG为ASML提供高精度的机械组件和模块，而NTS Group为ASML光刻机工作台提供相关的精密零部件或制造服务。

此外，ASML EUV光刻机的计量和检测系统由Zygo和Nikon Metrology提供。其中，Zygo为ASML提供高精度的光学测量设备和系统，用于对光刻过程中的晶圆平整度、光刻图案精度等进行精确测量和检测。而Nikon Metrology提供坐标测量机等计量设备，可对光刻机的机械部件精度、晶圆位置等进行精确测量。

ASML EUV光刻机的真空系统由Edwards和Pfeiffer Vacuum提供。Edwards为ASML EUV 光刻机提供高性能的真空泵、真空阀门等真空系统部件。而Pfeiffer Vacuum则提供各种真空测量仪器和真空系统解决方案。

ASML EUV光刻机的光栅系统则是由Mitutoyo和Heidenhain提供。Mitutoyo提供高精度的光栅尺等光栅系统部件，用于光刻机的工件台定位和运动控制。Heidenhain提供精确的位置反馈和运动控制，确保晶圆在光刻过程中的准确移动和定位。