文|江卿曻

编辑|江卿昇

前言

2024年年底，哈尔滨工业大学的一项重磅官宣震撼了半导体行业：“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。

这项技术能够提供13.5nm的极紫外光源，正是EUV光刻机的核心组件之一，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。

光源技术只是EUV光刻机三大核心技术之一，其余技术环节能否紧跟步伐？国产EUV光刻机的完整问世还有多远？

打破EUV技术封锁

在芯片制造领域，光刻机一直是不可或缺的“核心装备”，而EUV光刻机则是制造先进制程芯片的关键。

作为全球最先进的半导体设备，EUV光刻机需要依靠13.5nm的极紫外光源完成纳米级图形刻蚀，这使得光源成为整机最重要的核心组件之一。

然而长期以来，这项技术被ASML所垄断，ASML的光源技术依托其收购的美国公司Cymer，在全球处于无可替代的地位。

更为重要的是，EUV光刻机的技术封锁，使中国半导体产业受制于人，尤其是美方和荷兰政府联合阻止ASML向中国出口EUV光刻机，让国内的高端芯片制造始终面临“卡脖子”的难题。

然而2024年底，哈尔滨工业大学的一则官宣为这个局面带来了转机，这项被命名为“放电等离子体极紫外光刻光源”的技术，首次进入成果转化阶段，并具备了实际应用条件。

与ASML采用的激光等离子体方案不同，哈工大的技术以“放电等离子体”为基础，在能量转换效率、造价和体积等方面表现出显著优势。

简单来说，这是一种更低成本、更高效率的方案，能为国内EUV光刻机研发提供切实可行的路径。

这一突破不仅在国内半导体领域引起轰动，也在国际社会掀起热议，外媒纷纷报道这一消息，并认为中国可能正逐步填补EUV光刻机技术的空白。

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。

这种技术与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。

而哈工大的突破则提供了一条新的技术路径，为国内EUV光刻机研发带来了更多选择，业内人士分析，这种多样性正是国产EUV光刻机研发的一大优势。

不过光源突破只是一个起点，EUV光刻机作为全球顶级半导体设备，其复杂程度远超一般的工业制造。

除了极紫外光源，EUV光刻机还依赖于其他核心组件，比如微缩投影光学系统和双工件台技术。

而这些技术的研发，同样是“难于上青天”，光刻机内部需要极为光滑的多片弧形反射镜，精度误差甚至不能超过几个纳米。

投影光学系统则需要处理光的反射与衍射，确保极紫外光能够准确投射到晶圆上；双工件台的控制也要达到微米级别的精准度，这些环节中的任何一项都代表着人类工业制造的极限。

那么除光源技术之外，国内在这些核心技术上又有哪些突破？是否已经形成了完整的技术储备？

多方合力，完善技术储备

作为全球最复杂的半导体设备之一，EUV光刻机需要多项核心技术相互协作，才能实现对先进制程芯片的刻蚀。

从光源到物镜系统，再到双工件台，这些关键组件中任何一个环节的缺失都可能导致整机功能的“断链”。

因此，光源的突破只是国产EUV光刻机研发的“第一块拼图”，剩下的技术短板同样亟待攻克，幸运的是，中国的科研力量正在这些领域不断取得突破。

微缩投影光学系统被认为是EUV光刻机的第二大核心技术，它的核心在于由高精度弧形反射镜组成的物镜系统，这些反射镜需要在极紫外波长的光线下将掩膜上的图案缩小并投射到晶圆表面。

为了实现这一目标，反射镜的表面粗糙度必须控制在0.1纳米以内，同时需要多层膜的镀制工艺来提升反射率。

这些要求看似天方夜谭，但国内科研机构已经取得了显著进展，长春光机所在高精度弧形反射镜和EUV多层膜技术上取得了重要突破。

另一个关键组件是双工件台技术，它负责在光刻过程中以极高的速度和精度移动晶圆，确保每一次光刻的图形都能准确无误地对齐。

ASML的双工件台技术曾被视为“独门绝技”，但在国内，上海微电子与多家高校已经在相关领域取得专利成果，逐步缩小了与国际领先水平的差距。

此外清华大学和微电子所在掩膜光学系统的研发上也成果频出，为国产EUV光刻机提供了更完整的技术支持。

不仅如此，半导体光刻胶技术的突破也成为国内“卡脖子”技术清单中一个重要的清零项，2024年，华中科技大学成功攻克了光刻胶生产技术。

这一材料是光刻工艺中不可或缺的一环，长期以来被日本企业垄断，导致国内芯片制造不得不依赖进口。

华科大的技术突破，不仅打破了垄断，还使得国内在光刻材料领域实现了自主化，这种材料上的自给自足，为未来EUV光刻机的全面应用奠定了坚实的基础。

尽管如此，国产EUV光刻机的研发进程正在以前所未有的速度推进，光源、投影光学系统、双工件台、光刻胶……这些关键环节的突破正在构筑国产EUV光刻机的完整拼图。

那么随着这些核心技术的逐步成熟，中国能否真正打破ASML对全球市场的垄断？未来国产EUV光刻机的全球化竞争力又将如何体现？

半导体格局迎变

EUV光刻机不仅仅是一个设备，更是全球半导体产业的技术制高点，在过去十几年里，这一领域几乎被荷兰ASML公司所垄断，无论是光源技术、物镜系统还是精密控制技术，ASML都在行业内处于领先地位。

随着中国在EUV光刻机核心技术上的多点突破，国际半导体格局似乎正在发生深刻变化。

尤其是2024年底哈工大在极紫外光源上的突破，让外界看到了中国打破这一垄断的潜力，也让全球竞争的步伐进一步加快。

ASML的垄断地位并非一夜之间形成，从2000年代开始，ASML便通过并购和技术研发逐渐构建起自己的核心竞争力。

其中极紫外光源是其关键技术之一，而这项技术来自其收购的美国公司Cymer，通过控制Cymer的光源供应，ASML在EUV光刻机市场拥有了绝对的话语权。

这种技术优势也使ASML成为了半导体巨头台积电、三星电子和英特尔的主要供应商。

事实上，台积电能在先进制程工艺上持续保持领先，很大程度上得益于其对ASML设备的优先采购权。

正如ASML现任CEO克里斯托弗·富凯所言，EUV光刻机是“没有替代方案的技术”。

这种“无可替代”的神话正被中国逐步打破，哈工大在极紫外光源上的突破是一个重要信号，但更值得注意的是，中国在其他核心技术上的积累和推进。

正如外媒评论所言，中国在EUV光刻机上的追赶速度超出了许多人的预期，更让ASML感到压力的是，中国不仅仅专注于单一技术点的突破。

而是在光源、物镜系统、精密控制、光刻胶等多个领域同步发力，这种全面的技术储备表明，中国可能并不打算单纯追随，而是试图以自己的技术体系建立起新的竞争优势。

与此同时，ASML也在试图保持自己的技术优势，2024年底，ASML宣布其下一代高NA（数值孔径）EUV光刻机即将进入量产阶段。

这种新型设备能够进一步提高先进制程工艺的效率和精度，试图在技术代差上继续拉开距离。

中国的崛起不仅对ASML构成了直接威胁，也对整个全球半导体格局产生了深远影响，过去几十年里，半导体技术的主导权一直掌握在欧美和日韩企业手中。

这种垄断格局使得发展中国家在高端芯片制造上难以形成竞争力，然而中国的多点突破表明，技术封锁并非牢不可破。

结语

从光源技术的突破到核心技术储备的完善，再到全球格局的变局，中国在EUV光刻机领域的追赶速度令人瞩目。

哈工大的13.5nm极紫外光源技术突破不仅标志着国产EUV光刻机的重要进展，也体现了我国在半导体领域技术攻关的决心与毅力。

参考文章

新闻网2024年12月30日《哈工大两项目获黑龙江省高校和科研院所职工科技创新成果转化大赛一等奖》

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