能生产3nm!中国成功研发全新DUV光刻:完全不同于ASML

原创 硬件世界 2025-03-25 22:32

据悉,中国科学院成功研发除了突破性的固态DUV(深紫外)激光,可发射193nm的相干光,与目前主流的DUV曝光波长一致,能将半导体工艺推进至3nm。

据悉,ASML、佳能、尼康的DUV光刻机都采用了氟化氙(ArF)准分子激光技术,通过氩、氟气体混合物在高压电场下生成不稳定分子,释放出193nm波长的光子,然后以高能量的短脉冲形式发射,输出功率100-120W,频率8k-9kHz,再通过光学系统调整,用于光刻设备。

能生产3nm!中科院成功研发全固态DUV光源技术:完全不同于ASML

中科院的固态DUV激光技术完全基于固态设计,由自制的Yb:YAG晶体放大器生成1030nm的激光,在通过两条不同的光学路径进行波长转换。

一路采用四次谐波转换(FHG),将1030nm激光转换为258nm,输出功率1.2W。

另路径采用光学参数放大(OPA),将1030nm激光转换为1553nm,输出功率700mW。

之后,转换后的两路激光通过串级硼酸锂(LBO)晶体混合,生成193nm波长的激光光束。

能生产3nm!中科院成功研发全固态DUV光源技术:完全不同于ASML

最终获得的激光平均功率为70mW,频率为6kHz,线宽低于880MHz,半峰全宽(FWHM)小于0.11pm(皮米,千分之一纳米),光谱纯度与现有商用准分子激光系统相当。

基于此,甚至可用于3nm的工艺节点。

这种设计可以大幅降低光刻系统的复杂度、体积,减少对于稀有气体的依赖,并大大降低能耗。

相关技术已经在国际光电工程学会(SPIE)的官网上公布。

能生产3nm!中科院成功研发全固态DUV光源技术:完全不同于ASML

不过相信大家也看出来了,这种全固态DUV光源技术虽然在光谱纯度上已经和商用标准相差无几,但是输出功率、频率都还低得多。

对比ASML的技术,频率赢达到了约2/3,但输出功率只有0.7%的水平,因此仍然需要继续迭代、提升才能落地。

能生产3nm!中科院成功研发全固态DUV光源技术:完全不同于ASML

在当今半导体产业中,ASML无疑是光刻设备领域的王者,全球最先进的半导体制造厂商,如台积电、英特尔、三星等,都高度依赖ASML提供的设备。

然而,很少有人知道,这个如今在全球占据主导地位的巨头,最初竟然是从一个漏水的棚子起步的。

根据最新报道,ASML最初是由飞利浦与先进半导体材料国际公司(ASMI)合作创立的,当时,两家公司看到了曝光设备市场的潜力,决定共同建立一家专注于这一领域的新公司。

揭秘全球光刻机巨头ASML:从一个漏水棚子起步

不过ASML的起点并不理想,它的第一个基地位于荷兰恩荷芬的Strijp-T原飞利浦园区,那是一个真正会漏水的单层预制建筑,与飞利浦TQ大楼的一楼相连,旧照片显示,当时的ASML基地确实是一个摇摇欲坠的棚子。

在1970年代初的研发基础上,ASML很快推出了其首个系统——PAS 2000 stepper曝光机,公司业务也迎来蓬勃发展。

1985年,ASML迁入了专门为它建造的办公室和工厂,巧合的是,ASML与镜头制造商卡尔蔡司的合作关系也在此时签署,并一直持续至今。

进入1990年代,ASML推出了其突破性平台PAS 5500曝光设备,凭借这一成功,ASML凭借其领先业界的曝光设备生产力和分辨率,最终在荷兰和纽约证券交易所成功上市。

2001年,ASML推出了第一台采用革命性双级技术的Twinscan机器,如今,ASML凭借其EXE平台和High-NA技术再次达到了竞争对手无法突破的界限。

ASML最新的年度报告显示,其营收接近310亿美元,业务遍及60多个国家地区,员工超过44000名。

揭秘全球光刻机巨头ASML:从一个漏水棚子起步

另外,星电子已于本月初在其华城园区引入首台ASML生产的High-NA EUV光刻机——EXE:5000,价值高达5000亿韩元(约合24.88亿元人民币)。

ASML是目前全球唯一能够提供此类设备的供应商,其通过增大透镜和反射镜尺寸,将数值孔径(NA)从0.33提升至0.55,显著提高了光刻精度,是2nm及以下制程的必备工具。

与现有EUV设备相比,High-NA EUV能够实现更窄的电路线宽,从而降低功耗并提升数据处理速度。

三星电子计划在完成设备安装后,全面构建2nm工艺生态系统,三星晶圆代工业务部负责人强调,尽管公司在GAA工艺转换上领先,但在商业化方面仍需加速,2nm工艺的快速量产是其首要任务。

TrendForce数据显示,三星在2023年第四季度全球晶圆代工市场排名第二,但其收入环比下降1.4%,市场份额仅为8.1%。

相比之下,台积电以67%的市场份额保持领先地位,此次引入High-NA EUV光刻机,三星有望加速其在先进制程上的商业化进程。

5000亿韩元!三星已拿下首台High-NA EUV光刻机


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