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替代方案！台積電不買單ASML！？極紫外光(EUV)危險了！？新創Lace用氦原子束挑戰ASML！

外来客 • 2026-08-27 01:53:27

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🏢 融资动态与产业背景

  • 挪威晶片制造设备新创公司 Lace 在微软支持下完成 4000 万美元 A 轮融资，由 Atmico 领投，微软旗下 M12、Lincy Capital 及西班牙技术转型协会参与。
  • 该公司计划开发使用氦原子束而非光学曝光技术的微影工具，旨在挑战 ASML 的市场地位。
  • 台积电在近期北美技术论坛表示，短时间内没有考虑使用 ASML 新一代高数值孔径极紫外光（HiNA EUV）设备。
  • IMEC 表示该技术可将特征尺寸缩小一个数量级（10 倍），Lace 执行长称可实现比现有工具小 10 倍的设计。
  • Lace 已拥有原型机，计划于 2029 年左右在 4 英寸晶圆厂进行测试。

🔬 极紫外光（EUV）技术限制

  • 当前 EUV 光学微影面临两大挑战：解析度受波长限制，以及投影光学系统的工程限制。
  • EUV 工作波长为 13.5 奈米，对应光子能量约 92 电子伏特，远高于深紫外光（DUV）的 7-8 电子伏特。
  • 高能量导致光子数量减少，增加光子散粒杂讯，降低信噪比，使得光阻图案与光照图案产生误差。
  • 聚焦深度（DOF）与解析度存在矛盾：DOF 越大越易对焦但解析度低，DOF 越小解析度高但难以量产对焦。
  • 目前最先进水准通过 HiNA EUV 达成半间距约 8 奈米，数值孔径为 0.55。

⚛️ 氦原子束微影原理

  • 利用借稳态（Metastable）氦原子作为物质波来源，其波长约 0.1 奈米，动能低于 0.1 电子伏特。
  • 借稳态氦原子能量约 20 电子伏特，撞击光阻并退激回基态时释放能量，足以引发标准光阻化学反应。
  • 由于借稳态原子高度反应性，无法使用反射式或穿透式光照，必须采用模板式光照（Mask）。
  • 模板式光照由 10-20 奈米厚度的氮化硅薄膜制成，通过反应式离子刻蚀形成通孔结构。
  • 氦原子穿过模板孔洞撞击晶圆光阻，释放能量形成图案，避免了光子散粒杂讯问题。

🛠️ 设备架构与实验结果

  • 概念验证系统 Meta2 采用电浆式直流放电激发源，结合共振雷射光操控原子。
  • 基态氦原子在液态氮冷却至 100K 的空心同轴阴极中，经电子轰撞激发为借稳态。
  • 原子束呈超音速流动，平均纵向速度约 1000-1300 公尺/秒，波长约 0.1 奈米。
  • 实验展示两种曝光模式：临近曝光（Proximity）和绕色曝光（Binary Imaging）。
  • 临近曝光模式下，最小孔径 15 奈米，半间距 16 奈米，可产生半间距低于 1 奈米的图案。
  • 绕色曝光模式下，可产生半间距 50 奈米的规则线条图案。
  • 成功生成 26 毫米乘 33 毫米的全场尺寸记忆体晶片图案，半间距周期为 15 奈米。
  • 引入基于人工智能的反向曝光技术，通过目标图案反向推算模板光照设计，理论解析度可达原子等级（<1 奈米）。

📊 技术优势与结论

  • 氦原子束微影的核心优势在于图案解析度与能量解耦，不受波长缩短导致能量升高及杂讯增加的影响。
  • 沉积能量限制在 20 电子伏特以内，且与波长无关，避免了 EUV 的高能量随机效应。
  • 该技术可扩大曝光区域，超越标准全场尺寸，并具备高量产产能潜力。
  • 尽管展示了 1 奈米解析度的初步实验结果，但大规模量产仍需克服材料、光学及工程挑战。
  • 目前该技术被视为 EUV 的潜在替代方案，但能否取代 ASML 成为未来主流微影技术仍需持续观察。

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