10月14日,第二十六届中国国际工业博览会在上海国家会展中心开幕。
展馆内,一台没有炫目灯光、外形甚至有些冷峻的复杂设备,被参观者围得水泄不通。普通观众未必知道它的用途,半导体业内人士看到展牌上的几行字,却很难保持平静:
朗道燧岩,极紫外光源系统样机,国产化率90%。
过去,西方半导体行业曾流传一种极具嘲讽意味的说法:即使把整套极紫外光刻机的图纸交给中国,中国也造不出那个发射13.5纳米极紫外光的“灯泡”。
如今,中国企业直接把工程样机摆到工博会现场。它当然还不等于一台已经进入晶圆厂大规模生产的国产EUV光刻机,更不能仅凭90%的国产化率,就断言所有性能都已追平国际先进水平。
但它至少证明了一件事:中国在EUV光源这块最难啃的骨头上,已经不再停留于论文、原理图和实验室方案,而是开始进入系统集成与工程验证阶段。
从“知道该怎么做”到“把完整样机造出来”,中间隔着高功率激光、微米锡滴、超高真空、精密控制、反射光学和碎屑清除等大量工业难关。朗道燧岩此次展示的真正分量,就藏在这些看不见的细节里。
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每秒轰击5万颗锡滴,这束光究竟有多难点亮
EUV光刻使用的光波长只有13.5纳米,处在极紫外波段,性质接近软X射线。
这种光与普通光线完全不同。它会被空气迅速吸收,也无法穿过传统玻璃透镜。因此,EUV光刻系统必须在超高真空环境中运行,光线的传输和聚焦也不能依赖常规折射镜片,只能使用特殊多层膜反射镜。
更困难的是,自然界中不存在可以直接满足芯片制造要求的高功率13.5纳米光源。
目前工业界主流方案叫激光等离子体光源,也就是LPP。它的基本逻辑听起来并不复杂:使用高功率激光轰击微小锡滴,把锡瞬间转化为高温等离子体,再从等离子体辐射中收集所需的13.5纳米极紫外光。
真正执行起来,却近乎一场微观尺度的极限杂技。
系统首先要在真空腔体中,以每秒约5万次的频率喷出直径只有20至30微米的熔融锡滴。这些锡滴比头发丝还细,并且必须保持尺寸、轨迹和间距高度稳定。
接下来,高功率脉冲激光需要对每一颗飞行中的锡滴实施两次精确打击。
第一束预脉冲激光先命中锡滴,把它从球状展开成更薄、更容易吸收能量的结构;极短时间后,第二束主脉冲再次准确击中,将锡迅速加热到数十万开尔文,使其形成高温等离子体并释放极紫外光。
这套过程每秒要重复约5万次,而且需要连续稳定运行。
只要锡滴的位置出现微小偏差,激光就可能无法准确命中;激光脉冲的能量和时序不稳定,也会影响极紫外光的功率与纯度。实验室偶尔产生一次13.5纳米光并不难,难的是让它以足够高的功率和稳定性,连续服务于晶圆生产。
碎屑污染又是另一道难关。
锡滴被激光轰击后,会形成高速飞散的离子、蒸气和金属颗粒。如果这些残留物不断附着在昂贵的收集镜上,镜面反射率就会迅速下降,整个光源系统的维护成本和停机时间也会大幅上升。
工业设备必须在真空、强激光和高温等离子体共存的环境中,持续控制锡污染。一种重要思路是向腔体内引入氢气,通过等离子体环境促进化学反应,将部分锡残留转化成更容易排出的物质,再配合磁场、气流和真空系统进行清除。
因此,EUV光源从来不是一个普通“灯泡”。它更像是把高功率激光器、流体控制系统、等离子体装置、精密光学仪器和超高真空设备,全部塞进同一个系统里,并要求它们长时间保持同步。
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朗道燧岩 EUV 光源内部结构展示
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西方用了30年拼出全球供应链,中国为何被断言造不出
EUV光源之所以被视为半导体工业的巅峰之一,是因为它并非由一家企业独立完成,而是全球顶尖科研和制造力量长期协作的结果。
1997年,美国能源部联合英特尔、AMD、摩托罗拉及多家国家实验室,组建EUV LLC联盟,集中研究极紫外光刻技术。劳伦斯利弗莫尔、桑迪亚和伯克利等机构,在等离子体、光学镀膜及精密制造领域投入了大量资源。
此后十多年,行业围绕光源路线经历了漫长筛选。
发光材料曾尝试过氙气和锂,但分别受到转换效率、腐蚀和污染等问题限制,最终金属锡成为主流选择。日本佳能、尼康等企业一度押注放电等离子体路线,却长期受到功率瓶颈制约。
ASML则选择激光等离子体路线,并于2012年斥资约31亿欧元收购美国光源企业Cymer,进一步控制EUV光源的核心技术。
最终形成的EUV设备,是全球供应链高度分工的产物。
ASML负责整机设计和系统集成,德国通快提供高功率工业激光器,蔡司制造拥有极高表面精度的多层膜反射光学系统,美国Cymer提供光源相关技术和精密控制能力,其他大量企业则负责真空设备、传感器、材料及控制软件。
西方行业之所以长期认为中国难以独立复制,是因为EUV不是解决某一个核心零件就能完成的工程。
即使拿到整机图纸,没有满足要求的激光器,锡滴就无法稳定转化成等离子体;没有超高精度反射镜,产生的极紫外光也无法有效收集;缺少真空、材料和控制技术,整个系统就无法长期运行。
每个子系统背后又分布着大量供应商、设备和工艺经验。许多问题甚至不会完整写在图纸上,而是在几十年测试、失效和改进中积累出来的工程诀窍。
ASML真正难以替代的地方,正是它把全球顶尖部件组合成一台可以进入晶圆厂、维持高开机率和稳定良率的量产设备。
因此,朗道燧岩展示90%国产化的EUV光源样机,最值得关注的并不只是那个比例,而是它意味着大量关键子系统已经开始在国内完成匹配与集成。
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封锁反而打破商业死循环,国产设备终于获得验证机会
在高端设备出口限制全面收紧之前,中国半导体设备产业长期面临一个商业悖论。
晶圆制造厂追求的是稳定生产、良率和交付周期。面对国产新设备与经过长期验证的进口产品,企业自然更愿意选择后者。即使本土设备价格更低,只要运行稳定性和售后经验不足,生产线就不愿轻易冒险。
但国产设备如果始终得不到实际装机机会,就无法积累足够数据,更难发现实验室里暴露不出来的问题。没有客户验证,设备就无法成熟;设备不够成熟,客户又不愿采购,由此形成一个很难打破的循环。
出口管制改变了这套逻辑。
当部分海外设备和关键部件无法稳定获得时,本土晶圆厂、设备商和零部件企业不得不共同承担研发与试错风险。产业决策也从简单计算采购成本,转向考虑供应链能否长期自主维持。
这为国产设备提供了过去难以获得的验证环境。
如果此次展示的90%国产化率能够经得起后续验证,就意味着中国企业不仅解决了系统方案,还在高功率脉冲激光、真空腔体、锡滴控制、多层膜材料、精密传感器和污染控制等大量细分环节建立了本土供应。
这类工程的最大难点,从来不是单项实验获得成功,而是数百种零部件和多个子系统能够同时满足要求。
一颗阀门、一块传感器、一段密封材料出现问题,都可能导致整套系统无法连续运行。国产化率达到90%,说明供应链重构已经取得显著进展;剩下的10%则可能集中在少数高难度、高价值部件上,攻克难度未必低于前面90%。
因此,样机亮相是重要节点,却不是终点。
下一步真正决定其产业价值的,是光源功率、转换效率、稳定性、镜面寿命、维护周期和连续运行能力。只有这些指标达到晶圆厂生产要求,才能从“能点亮”走向“能量产”。
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样机不是整机胜利,却说明国产EUV已进入工程攻坚后半程
EUV光刻机通常包括光源、照明光学、投影物镜、双工件台、真空系统、掩模与控制软件等多个核心模块。
光源被认为是其中最困难的部分之一,但即使光源问题得到解决,也不代表整台EUV光刻机已经完成。纳米级工件台运动控制、反射镜制造、掩模缺陷检测和系统长期稳定性,仍然需要持续突破。
朗道燧岩此次展示的意义,不能被简单夸大成“国产EUV光刻机已经量产”,也不应被低估成“只是展台模型”。
从实验室原理验证到工程样机,说明相关团队已经开始处理真正的系统问题。只有走到这一阶段,设备才可能接受更长时间运行测试,并暴露功率衰减、污染控制和子系统匹配等深层缺陷。
对于中国半导体产业而言,这一步的价值还在于建立完整的试错能力。
过去,全球分工模式追求的是每个环节选择最优秀的供应商。它效率高、成本低,却建立在供应链长期稳定的前提之上。一旦地缘政治切断其中某个关键环节,整个系统就可能受到影响。
中国如今采取的路线,是在单一国家工业体系内,尽可能重建从材料、零部件到系统集成的完整能力。这种路线前期成本更高,技术积累更慢,却能够换来更强的供应安全和迭代自主权。
西方用了数十年和多个国家才拼出EUV产业链,中国想在较短时间内独立重建,难度显而易见。此次样机也仍需回答最关键的问题:它能否长期稳定运行,输出功率是否足够,核心部件寿命如何,距离晶圆厂量产应用还有多远。
但曾经的争论是“中国能不能造出EUV光源”,如今的问题已经变成“这套样机什么时候达到生产要求”。
问题的变化本身,就是技术进展。
工博会展台上的设备安静地停在那里,没有展示每秒5万次轰击锡滴的完整生产状态,也没有直接宣告国产EUV光刻机即将进入晶圆厂。但90%国产化工程样机的出现,至少意味着那堵曾被认为无法跨越的高墙,已经从绝对封闭变成了一项可以逐步验证、持续迭代的工程任务。
真正的突破从来不是一句“点亮成功”,而是把一束实验室里的13.5纳米光,变成能够连续运行、稳定维护、支撑芯片量产的工业工具。中国距离终点仍有硬仗要打,但这台样机表明,最困难的道路已经有人真正走了上去。
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