俄罗斯俄罗斯科学院实现6.7纳米气体团簇光刻技术突破,理论制程可触及1纳米
2026-05-21 16:36
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维度网讯,俄罗斯科学院应用物理研究所联合俄罗斯国家原子能公司旗下专业机构于2026年5月正式宣布了一项直指下一代半导体制造命脉的技术突破:一种以氙、氪、锂等混合气体为靶材,通过飞秒激光激发产生波长为6.7纳米“硬紫外光”的全新光源方案被成功验证。这标志着全球光刻技术在由荷兰ASML垄断的13.5纳米极紫外技术之外,开辟了一条全新的技术赛道。

目前主流极紫外光刻系统依赖高功率二氧化碳激光轰击液态锡滴,产生13.5纳米波长的极紫外光。随着全球高端芯片制程迈向3纳米以下,13.5纳米波长的衍射极限正逼近物理边界,不仅难以支持1纳米及以下的先进制程,同时锡滴电离产生的碎片还会严重污染光路镜面,导致高昂的维护成本和停机时间。为应对西方长达数年的技术制裁,俄罗斯研究中心的科学家们摒弃了传统的金属液滴靶材,转而采用气体团簇源。具体路径是将氙气、氪气或锂气与缓冲气体混合后,通过超音速喷嘴注入真空室,凝结成直径50至100纳米的“气体冰珠”,再利用飞秒激光脉冲轰击这些团簇产生等离子体。

气体团簇方案在多维度上实现了对传统锡滴方案的突破。工作波长从13.5纳米大幅跃迁至6.7纳米,根据衍射极限公式,波长减半可使衍射极限成倍压缩,从而在理论上将单次曝光可实现的晶体管结构推入1纳米及以下的尺度。污染控制方面,气体团簇产生的微量杂质可直接被真空泵抽走,彻底根除了传统方案中高成本的“锡灰”清除工序。在光刻成本最为核心的能量转化效率上,飞秒激光能量几乎全部用于纳米团簇的“瞬时爆炸”,而非加热厚液滴,使得光电能量转化效率提升了3至4倍。通过调控激光参数与气体配比,该方案还能进一步激发高次谐波辐射,在特定条件下产生波长为3.4纳米甚至1.7纳米的相干辐射,正式踏入软X射线领域。在下诺夫哥罗德和莫斯科进行的激光原型实验中,该技术已获得反复验证。今年5月,相关科研机构正式宣布其原理样机成功“点亮”,完成了从零到一的原理验证。

尽管实验室层面的原理验证已告捷,但从原理样机到半导体工厂7x24小时不间断的量产工具,仍面临严苛的工程化挑战。光学系统方面,6.7纳米波长对多层膜反射镜提出了极高的精度要求。当前全球业界曾努力攻关的Mo/Be或Mo/Y镀膜方案,要求在300毫米基底上精准交替镀制数百层金属膜,每层膜的厚度约3纳米,层间界面粗糙度须控制在原子直径级别。这种将数千层原子级薄膜低成本、大规模工业化生产的能力,是决定该技术能否走出实验室的首要挑战。此外,激光以每秒10万至20万次高频轰击气体团簇时,确保气流密度均匀性以避免光源闪烁,以及高达数百万度微等离子体带来的热冲击与离子轰击防护,均需系统性工程攻关。

在俄罗斯当前的自研设备版图中,位于莫斯科的泽列诺格勒纳米技术中心已于2025年底推出了首台国产化光刻系统Progress STP-350,这款基于i-line步进技术的350纳米制程设备已进入俄罗斯微电子生态体系实现初步交付。值得注意的是,俄罗斯科学院此次主导的6.7纳米气体靶光刻方案尚处于实验室验证的早期阶段,并未列入国家工业名录。俄罗斯科学家选择押注更高维度的“超越极紫外”波段,与Progress STP-350形成了“成熟可控”与“前沿突破”的双轨布局,为不同安全等级的场景提供多元化的微电子支撑。

从全球半导体产业视角看,该项突破一旦跨越工程化门槛,或将深刻重塑产业链格局。一方面,它在不推翻现有光学投影体系的前提下,通过换用气体靶光源降低了光刻设备的维护成本与复杂度;另一方面,这种技术路径的拓展意味着未来芯片生产有望在成熟产业链及物理理论上打破对单一技术路线、单一核心设备供应商的绝对依赖,为全球半导体产业格局的长期多元化演进打开了新的理论窗口。

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