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4月29日 ， 中国科学院上海光学精密机械研究所林楠研究员团队在极紫外光刻（EUV）光源领域取得重大突破的消息 ， 他们成功开发出基于固体激光器技术的激光等离子体极紫外（LPP-EUV）光源 ， 能量转换效率达到3.42% ， 超越众多国际顶尖研究水平 ， 这项突破不仅打破了西方在EUV核心技术上的垄断 ， 更标志着中国半导体产业正式叩开了7纳米以下先进制程的大门 。 这一成果不仅是中国科研实力的有力证明 ， 更标志着中国在半导体核心技术领域迈出了具有里程碑意义的一步 。
EUV技术
在当今数字化时代 ， 芯片已成为现代科技的核心 ， 而EUV光刻技术则是制造高端芯片的关键 。 EUV光刻技术能够将芯片上的电路图案缩小到纳米级别 ， 让芯片在更小的体积内集成更多晶体管 ， 从而提升性能、降低功耗 。 可以说 ， 掌握了EUV技术 ， 就掌握了高端芯片制造的“金钥匙” 。
EUV光刻的原理 ， 简单来说 ， 就是利用波长为13.5nm的极紫外光 ， 通过光刻系统将掩模版上的芯片电路图案精确投影到硅片上 ， 如同用精细的画笔在微小的芯片“画布”上绘制电路 。 （此处可插入一张简单示意EUV光刻原理的图片 ， 如光线从光源发出 ， 经过反射镜组 ， 照射带有图案的掩模版 ， 最终将图案投影到硅片上的原理图）然而 ， 长期以来 ， EUV技术一直被国外企业垄断 。 荷兰ASML公司凭借其在EUV光刻机领域的绝对优势 ， 成为全球唯一能生产商用EUV光刻机的企业 。 自2019年美国实施出口管制政策后 ， ASML被禁止向中国出售先进的EUV光刻设备 ， 这使得中国半导体产业在迈向高端制程的道路上举步维艰 ， 高端芯片的自主生产受到严重制约 ， “卡脖子”问题日益凸显 。
ASML的技术路径
ASML的EUV光刻机之所以能称霸全球 ， 其技术路径有着独特之处 。 在光源系统方面 ， ASML采用激光轰击液态锡靶技术 ， 具体而言 ， 通过20千瓦级二氧化碳激光器精准轰击锡滴 ， 产生13.5纳米极紫外光 。 但这一过程效率极低 ， 仅为0.02%（需20kW激光输入） 。 在光学系统上 ， ASML使用蔡司制造的多层镀膜反射镜（40层硅钼镀膜） ， 其表面粗糙度控制在0.1纳米以内 ， 反射率达70% ， 如此高精度的反射镜 ， 确保了极紫外光在光刻系统中的精准传输和反射 。 在精密制造层面 ， ASML的EUV光刻机套刻精度达1.1纳米 ， 能够支持5纳米以下制程的多重曝光 ， 实现芯片电路图案的超高精度复制 。
荷兰ASML EUV光刻机样图（来源：ASML官网）
林楠团队的技术路线
面对国外的技术封锁 ， 林楠团队没有选择跟随传统技术路线 ， 而是大胆创新 ， 采用固体脉冲激光器代替二氧化碳激光作为驱动光源 。 这条看似“小众”的技术路线 ， 实则充满挑战 。 固体脉冲激光器在功率输出、稳定性等方面都面临诸多难题 ， 但林楠团队凭借扎实的科研功底和无畏的探索精神 ， 逐一攻克难关 。
通过优化激光峰值功率密度、改进激光脉冲控制算法以及筛选更合适的靶材材料 ， 团队在光源能量转换效率上实现了重大突破 。 3.42%的能量转换效率 ， 看似简单的数字 ， 背后却是无数次的实验与调整 。 这一成果不仅超越了荷兰、瑞士等国际顶尖高校的研究水平 ， 更是达到了商用光源转化效率的一半 ， 为后续技术的进一步提升奠定了坚实基础 。
与ASML的技术相比 ， 林楠团队采用的固体激光器具有显著优势 。 固体激光器体积更小 ， 电光转换效率更高 ， 目前已可达千瓦级输出 ， 未来商业化后有望降低制造成本 。 而且从理论潜力来看 ， 团队推算其实验平台的理论最大效率接近6% ， 为进一步优化留足了空间 。 据了解 ， 相关研究论文已经在近期成果发表在《中国激光》杂志今年第6期（2025年3月下）封面 。
此外 ， 固体脉冲激光器在近十年间取得了飞速发展 ， 已实现千瓦级功率输出 ， 并且未来有望达到万瓦级 。 与体积庞大、电光转换效率低（低于5%）、运行和电力成本高昂的二氧化碳激光器相比 ， 固体脉冲激光器体积紧凑、电光转换效率高（~20%） ， 展现出明显的优势 ， 有望成为新一代LPP-EUV光刻光源的驱动光源 ， 为后续技术的持续创新和升级奠定了坚实基础 。
在技术攻坚过程中 ， 团队还通过优化激光峰值功率密度、激光脉冲控制算法和靶材材料 ， 实现了一系列关键技术突破 。 例如 ， 其自主研发的激光等离子体（LPP）系统 ， 通过双脉冲打靶技术将锡液滴控制精度提升至纳米级 ， 在光源稳定性上取得了重大突破 。 此外 ， 该技术路线的理论模型显示 ， 未来转换效率可提升至6% ， 具有较大的发展潜力 。 同时 ， 团队通过与清华大学SSMB-EUV光源方案的协同 ， 形成了多技术路径并行的研发格局 ， 为未来EUV光刻技术发展提供了更多保障 。
林楠的科研传奇
林楠研究员的科研经历堪称传奇 。 他师从诺贝尔物理学奖得主AnneL’Huillier ， 在学术生涯初期就积累了深厚的理论基础 。 在荷兰ASML公司工作期间 ， 他担任研发科学家、研发部光源技术负责人 ， 主导EUV光源研发的核心项目 ， 积累了丰富的实践经验和前沿技术知识 。
2021年 ， 怀着对祖国科技事业的赤子之心 ， 林楠毅然放弃国外优厚的待遇 ， 全职归国 。 回国后 ， 他迅速组建先进光刻研究小组 ， 全身心投入到EUV光刻技术的攻坚工作中 。 截止目前 ， 他已申请/授权美、日、韩等国国际专利110余项 ， 多项专利成功实现产品转化 ， 应用于新型光刻机及量检测设备中 。 此次带领团队取得的重大突破 ， 更是彰显了他卓越的科研领导力和创新能力 。
中国科学院上海光学精密机械研究所超强激光科学与技术全国重点实验室副主任 林楠
图源：中国科学院大学
“跟跑”->“领跑”
林楠团队的这一技术突破 ， 对中国半导体产业的影响极为深远 。 从短期来看 ， 它极大地提振了中国半导体产业的信心 ， 让国内企业看到了突破技术封锁的希望 。 随着国产EUV光刻技术的不断成熟 ， 未来国内芯片制造企业将能够摆脱对国外设备的依赖 ， 自主生产高端芯片 ， 这将有效降低生产成本 ， 提高产品竞争力 。
从长期来看 ， 这一突破将带动整个半导体产业链的协同发展 。 在上游 ， 材料企业将加大对高性能靶材材料的研发投入；在中游 ， 芯片设计和制造企业将获得更先进的技术支持 ， 加速向更高制程迈进；在下游 ， 应用市场将迎来更多创新产品 ， 推动5G、人工智能、大数据等新兴产业的发展 。 此外 ， 这一技术突破还将吸引更多优秀人才投身半导体产业 ， 形成良好的人才培养和创新生态 。
在本月的一次投资者电话会议上 ， ASML首席财务官戴厚杰（Roger Dassen）表示 ， 中国进行的光刻机替代相关技术进展已有耳闻 ， 中国确实有可能制造出EUV光源 ， 但他相信 ， 中国依然需要很多年才能造出一台先进EUV（极紫外光）光刻设备 。
我们应当怎样正确的理解这句话呢？
尽管在光源上取得的突破意义非常重大 ， 但构建完整 EUV 生态系统仍是巨大挑战 。 目前 ， 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 。 不过 ， 国内科研机构正加速填补空白 。
EUV光学元件：
上海光机所的离子束抛光技术已实现反射镜表面粗糙度低于0.1nm ， 接近ASML的亚纳米级精度 。 这对于减少光线散射、提高成像质量具有关键作用 。
国内科研团队在镀膜材料和镀膜工艺方面不断进行研究和改进 ， 虽然与ASML使用蔡司制造的40层硅钼镀膜、反射率达70%的水平还有差距 ， 但也取得了一定的进展 ， 在反射率和膜层稳定性等方面逐步提升 。
EUV光刻胶：
EUV光刻胶是制造7nm以下芯片的关键材料 ， 技术难度极高 。 中国国产EUV光刻胶的国产化率不足1% ， 而日本垄断着全球99%的EUV光刻胶市场 。 目前国内在高端EUV光刻胶领域仍未取得突破 ， 面临着光刻胶配方、原料纯度以及无法获得EUV光刻机实测数据等难题 ， 同时还受到日本专利封锁和SEMI国际标准的限制 。
国内企业在中端光刻胶方面取得了一些成绩 。 2024年4月 ， 南大光电旗下第三款通过验证的ArF光刻胶产品已正式实现销售；同年10月 ， 武汉太紫微公司研制出的新型KrF光刻胶产品T150A ， 极限分辨率高达120nm ， 并已通过半导体工艺量产验证 。 南开大学团队开发的金属氧化物光刻胶 ， 在灵敏度和分辨率上已接近国际水平 。
对准系统：
中国电子科技集团研发的纳米级同步定位技术 ， 可将掩模台与晶圆台的同步误差控制在0.5nm以内 ， 达到EUV光刻机的核心指标 。 这一技术的突破 ， 对于实现芯片电路图案的精确对准和套刻具有重要意义 ， 能够提高芯片制造的精度和良率 。
除了关键技术的突破 ， 国内在对准系统的整体集成和优化方面也在不断努力 。 通过结合先进的传感器技术、控制算法和机械结构设计 ， 提高对准系统的稳定性、可靠性和效率 ， 以满足EUV光刻工艺的要求 。
总体而言 ， 中国在EUV光学元件、光刻胶、对准系统等方面的研究取得了一定的进展 ， 但与国际先进水平仍存在差距 。 在光刻胶领域 ， 高端产品仍依赖进口；在光学元件和对准系统方面 ， 虽然部分技术指标已接近国际水平 ， 但在整体性能和稳定性上还需要进一步提高 。 不过 ， 随着国内科研投入的增加、人才队伍的不断壮大以及政策的支持 ， 中国在这些关键领域的研究有望取得更多的突破 ， 逐步缩小与国外的差距 ， 实现EUV光刻技术的自主可控 。
我们需要清醒！从技术突破到实现量产和全面应用 ， 还有很长的路要走 。 但不可否认的是 ， 林楠团队的这一成果为中国半导体产业的发展指明了方向 ， 让我们距离“芯片自主”的目标更近了一步 。 相信在众多科研人员的共同努力下 ， 中国半导体产业必将实现从“跟跑”到“并跑” ， 最终实现“领跑”的伟大跨越！
【重大突破！前ASML专家林楠推进中国EUV技术攻坚】
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