中国初创展示EUV光源原型,距商用光刻机尚远

清华校友创办的朗道硅光展示EUV光源原型,输出功率超15W。该设备仅为光刻机核心组件之一,距商用整机落地预计还需三到五年时间。

受限于无法从 ASML 采购 EUV 光刻设备,中国正加速本土相关系统的研发进程。近期,中国初创企业朗道硅光(Langdao Silex)展示了一款极紫外线(EUV)光源原型机。据 TrendForce 报道,该技术实现商业化预计还需三到五年时间。需要明确的是,光源仅是 EUV 扫描仪的组成部分之一,并非整机。

输出功率超15W 仅为光源组件
(图片来源:tcmc)

朗道硅光发布 LPPEUV 源

朗道硅光由清华大学气体放电等离子体实验室校友于 2024 年创立,并在上海举办的第 26 届中国国际工业博览会上展示了其 EUV 光源原型机。出于保密原因,该设备未在现场点亮运行。与 ASML 的现代光源类似,该公司推出的低功耗 FlintNano LPP-OXXO 系统采用激光产生等离子体(LPP)技术,通过高能激光脉冲轰击微小的加热金属液滴,形成极高温等离子体以产生 EUV 辐射。

技术参数显示,该系统配备一台 1,000W 驱动激光器(推测为 CO₂ 激光器),工作频率范围为 1 kHz 至 20 kHz,转换效率超过 2%。其 EUV 输出功率超过 15W,亮度达到 100 W/(mm²·sr)。该光源的光通量(étendue)为 1 × 10⁻³ mm²·sr,产生的等离子体直径为 60 μm。值得注意的是,15W 的输出功率数据推测是在等离子体处而非中间焦点处测量所得,因为该公司尚未展示完整的 EUV 收集系统。

(图片来源:兰大西莱克斯)

根据朗道硅光的规格说明,FlintNano LPP-OXXO 可连续运行超过 100 小时,等离子体稳定性 RMS 值为 3%,EUV 输出功率稳定性为 5%。这些特性使其适用于半导体曝光实验,尽管当前输出水平尚不足以支持大规模芯片生产。对于生产前阶段的光源而言,“超过 100 小时”的可用性指标令人印象深刻,但外界目前缺乏独立验证这一说法的途径。

此外,据报道朗道硅光还在开发高功率 EUV 源 FlintMicro-LPP,该型号已完成原理验证,但未披露输出功率、转换效率或运行寿命等具体参数。

性能对比与局限性

从纸面数据来看,朗道硅光的 EUV 源在输出方面与西方及日本设备制造商早期开发的 EUV 源相似,但存在关键差异:朗道似乎是在等离子体处测量 EUV 功率,而 ASML 等行业标准做法通常是在采集器后或在中间焦点处进行测量。

回顾历史数据,2007 年 ASML 早期的 EUV 演示设备在中间焦点 DPP 源中使用了约 10W 功率;Cymer 在 2012 年用于 NXE:3100 系统的早期 LPP 源在晶圆曝光时提供了高达 11W 的功率。到 2013 年,Cymer 在长时间运行期间展示了约 40W 的中间聚焦功率。日本 Gigaphoton 公司在 2013 年首个原型电池的目标为 25W,并于 2014 年底在 10 分钟测试中实现了 118W。由于上述历史数据涉及不同的测量条件和运行时长,直接比较存在较大误差。

目前已知信息主要源自公司自身披露。15W 的功率水平大致相当于飞利浦极端 UV (DPP) 和 Cymer (LPP) 开发的早期 EUV 源。相比之下,早期的 NXE:3400 系列机器在中间焦点源上提供了 125W 至 150W 的功率,这已足以应对大批量制造 (HVM) 的需求,而朗道目前的水平仍有差距。

(图片来源:兰大西莱克斯)

现代 EUV 光刻设备依赖更强大的光源。ASML 在 2018 年至 2019 年间为商业生产引入了 250W 级 EUV 源,并在此后持续提升输出水平。产量的增加依赖于更强大的二氧化碳激光器、高精度的锡滴发生器、有效的碎片减轻技术、耐用的收集镜以及更好的长期可靠性。

朗道硅光声称其原型零部件有 90% 来自国内,大部分关键零部件在中国开发,但未解释该本地化比例是基于组件数量、价值还是其他指标。公司代表承认,提高 EUV 产量和改善长期运营稳定性是后续商业化的主要目标。

光源不等于 EUV 扫描仪

即便拥有完整的光源,也不意味着拥有了 EUV 扫描仪。朗道硅光的来源可以支持 EUV 光电阻开发、掩模检查研究、EUV 收集和照明光学开发,并最终进行实验性曝光测试。

开发完整的 EUV 光刻扫描仪需要在 EUV 收集和照明系统、高精度多层镜子、晶圆和网状阶段、覆盖精度以及系统集成等方面取得进一步突破。这些环节都需要独立的供应链支持,而目前在中国几乎不存在这样的完整体系。

因此,即使朗道硅光成功开发出 EUV 源并将产量提升至适合大批量制造的水平,也不意味着中国能很快制造出自己的 EUV 光刻机。参考 ASML/Cymer 的历史,将其 LPP EUV 源的输出量从 11W 提高到 125W-150W 耗时约六年。据此推断,在未来三到五年内,朗道的 LPP 源可能仅适用于开发工具以外的用途极为有限。

同时,关于朗道报告的 15W EUV 输出的测量位置仍未明确。如果该数字代表的是等离子体产生的辐射功率而非中间焦点提供的功率,那么按照行业标准实践测量时,源的可用输出将远低于 15W。总体而言,此次公告并未显著缩短中国建造自主 EUV 光刻扫描仪的距离。

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