中国科学院成功研制全功能极紫外（EUV）光源实验平台，打破技术垄断

2025年4月30日，中国科学院上海光学精密机械研究所传来振奋人心的消息：其成功研制出全功能极紫外（EUV）光源实验平台。这一成果采用自主创新的固态激光驱动方案，光束质量达到国际先进水平，可实现从深紫外到极紫外的工艺平滑过渡 ，对我国高端光刻领域，尤其是光刻机研发而言，无疑是一项重大突破。

光刻机，英文名为“Mask Aligner”，又名掩模对准曝光机，堪称芯片制造流程中光刻工艺的核心设备。芯片制造流程繁杂，光刻工艺却至关重要，它决定了芯片的关键尺寸，在整个芯片制造过程中，约占据整体制造成本的35%。简单来说，光刻机的主要用途是生产集成电路，它能把设计好的集成电路模板复刻到硅晶圆上，从而制造出微小、精确且高效率的集成电路 。

光刻机的应用领域极为广泛。在半导体芯片制造领域，它是制造芯片的关键设备，芯片上集成的无数晶体管和电路，都依赖光刻机精准地将设计图案转移到硅片上，从早期几微米制程芯片，到如今先进的纳米级制程芯片，光刻机持续推动着芯片技术进步，如英特尔、三星、台积电等芯片制造巨头，其先进制程芯片的生产都离不开高精度光刻机；在微机电系统（MEMS）制造中，光刻机可将掩膜版上的图案转移到硅片上，形成各种微机械结构，像加速度计、陀螺仪、麦克风等常见MEMS器件的制造都有它的功劳；在印刷电路板（PCB）制造领域，光刻机能够实现电路板上精细线路的制作，保障电子设备稳定运行；显示屏制造中，无论是液晶显示器（LCD）还是有机发光二极管（OLED），光刻机都发挥着重要作用，例如在OLED显示器制造时，可用于定义有机发光二极管的结构和图案 。

从所制造的产品来看，光刻机能够制造各种类型的集成电路芯片，如电脑CPU、手机处理器等微处理器芯片，以及用于存储数据的存储器芯片；在光学器件方面，能制造光通信器件、激光器、光探测器等，满足光通信领域信号传输与处理需求；还可制造用于医疗诊断和生物研究的生物芯片、微流控芯片等微型器件 。

此前，全球仅有荷兰阿斯麦公司（ASML）能够制造EUV光刻机，并且对中国禁售。此次我国成功研制全功能极紫外光源实验平台，是高端光刻领域的重大突破，意味着我国在该领域不再受制于人，实现自主可控。这不仅提升我国在全球半导体产业的地位，也为光刻机研发提供坚实技术支撑。从技术水平看，该平台采用固态激光驱动等离子体技术（LPP），实现3.42%的光源转换效率，超越荷兰纳米光刻先进研究中心2019年的3.2%，达到商用二氧化碳激光系统效率的62% ，处于国际靠前、国内领先水平，研究人员估计其理论最大转换效率可能接近6%。

该实验平台的成功研制，为光刻机研发带来新契机。光刻机研发面临诸多技术难题，高能量转换效率便是一大挑战，要将驱动激光能量高效转化为极紫外光能量并非易事；等离子体的稳定性和均匀性也至关重要，不稳定或不均匀的等离子体会影响极紫外光输出质量；此外，实验平台还需具备高真空、高精度光学元件等条件，以保证极紫外光传输和聚焦效果 。而此次我国采用自主创新的固态激光驱动方案，与ASML采用的二氧化碳激光技术不同。固态激光系统体积更紧凑，电能转化效率提升四倍，且现有商用固态激光器功率已达千瓦级，未来有望提升十倍，为光刻机国产化提供新路径 。

仿真分析在光刻机研发设计领域的价值与作用

在光刻机研发设计领域，仿真分析、结构仿真分析、热仿真分析、流体仿真分析等技术发挥着不可替代的作用，通过模拟实际工况提前优化设计，显著提升研发效率与产品可靠性。

• 仿真分析：作为综合性技术手段，仿真分析整合多物理场模拟，帮助工程师全面评估光刻机系统性能。例如在整机设计阶段，通过建立包含光学、机械、电气等多领域的联合仿真模型，可模拟光刻机在实际工作中的运行状态，提前发现光学系统与机械运动部件间的潜在干涉问题，避免因设计缺陷导致的研发反复，将整体研发周期缩短约30%。

• 结构仿真分析：光刻机内部包含大量精密光学元件与复杂机械结构，任何微小变形都会影响光刻精度。结构仿真分析可通过有限元方法模拟结构力学性能，优化设计。在EUV光刻机的曝光台设计中，工程师利用结构仿真分析软件，对曝光台在高速运动过程中承受的惯性力、振动等载荷进行模拟，调整关键部件的材料选型与结构布局，将曝光台的定位精度误差从±10纳米降低至±3纳米，确保芯片图案转移的准确性。

• 热仿真分析：光刻机工作时，激光光源、精密驱动电机等部件会产生大量热量，若散热不及时，不仅影响设备性能，还可能导致光学元件热变形，降低光刻精度。以EUV光源实验平台的激光驱动模块为例，热仿真分析通过建立详细的热传导、热对流模型，模拟不同工况下的温度分布，帮助工程师设计出更高效的散热方案。通过优化散热片的形状、布局以及冷却液的流速，使模块核心部件的温度波动控制在±1℃以内，延长设备使用寿命并保证光源稳定性。

• 流体仿真分析：在光刻机的真空系统、冷却循环系统中，流体的流动特性对设备性能影响显著。流体仿真分析可通过计算流体动力学（CFD）方法模拟流体行为，优化系统设计。例如在EUV光刻机的真空腔室设计中，通过流体仿真分析模拟抽真空过程中气体的流动状态，调整腔室内部结构与真空泵布局，使真空腔室的抽气效率提高40%，有效减少晶圆曝光前的等待时间，提升光刻机整体产能 。

中国科学院成功研制全功能极紫外光源实验平台，为光刻机研发注入强大动力。随着仿真分析等先进技术在研发中的深度应用，我国在高端光刻领域及光刻机研发方面有望取得更大突破，在全球半导体产业竞争中占据更有利地位，逐步打破国外技术垄断，实现半导体产业的自主可控发展 。