0.1nm光刻機原型問世！將實現"終極原子級分辨率"的晶圓光刻

近日，據路透社消息，挪威初創企業Lace Lithography宣布完成4000萬美元A輪融資，這筆資金將用于研發最新的芯片制造設備——該設備不采用傳統光源，而是利用氦原子束在硅片上進行圖形刻蝕，光束寬度僅0.1納米，相當于單個氫原子大小。

注意看是挪威啊，這一精度是阿斯麥（ASML）極紫外光刻機（EUV）13.5納米波長的135倍，被業界稱為"超越極紫外光刻"（BEUV）技術。

Lace Lithography的技術核心在于徹底摒棄了電磁輻射，改用中性氦原子作為圖案化媒介。

傳統光子光刻技術受限于所使用光的波長，存在物理上的"衍射極限"，而原子不存在這一限制。

隨著芯片廠商不斷追求更小的制程尺寸，臺積電、英特爾等企業不得不采用日益復雜的多重曝光技術來突破這一限制，但Lace的技術完全繞開了這一難題。

公司首席執行官兼聯合創始人博迪爾?霍爾斯特稱，該技術可讓芯片制造商實現"終極原子級分辨率"的晶圓光刻。

比利時微電子研究中心（Imec）光刻科學總監約翰?彼得森向路透社表示，該技術有望將晶體管及其他芯片結構尺寸縮小一個數量級，達到"幾乎難以想象"的水平。

這意味著未來芯片的性能將實現質的飛躍，人工智能、量子計算等前沿領域有望獲得更強大的硬件支撐。對于長期被光刻精度限制的半導體行業而言，這無疑是打開了一扇通往新世界的大門。

事實上，Lace Lithography并非唯一挑戰ASML壟斷地位的企業，當前，越來越多初創企業正研發技術方案試圖打破這一格局。美國企業Substrate與xLight均在研發基于粒子加速器驅動光源的極紫外或X射線光刻設備，其中xLight已獲得美國政府1.5億美元資助。

除此之外，日本佳能早在2024年9月向德州電子研究院交付首臺納米壓印光刻設備，中國企業璞璘科技也已在國內交付自研納米壓印系統，線寬做到10納米以下，這些技術路線雖各不相同，但共同指向一個目標——降低對ASML EUV光刻機的依賴。

雖然前景誘人，但從實驗室走向量產還有很大一段距離，Lace Lithography目前計劃于2029年在試驗產線部署測試設備，而真正實現規模化量產仍需漫長時間。

光刻機究竟有多難造？

首先，光源系統的精度要求極高，以最先進的極紫外（EUV）光刻機為例，其需要利用高功率激光每秒約5萬次精準擊打直徑僅20微米、高速下落的錫液滴來產生13.5納米波長的光，這個過程被比喻為“用乒乓球擊打空中的蒼蠅”。

其次，光學系統的精度達到原子級，EUV光刻機使用的反射鏡表面需要加工到面形誤差小于0.02納米，若將鏡面放大至地球大小，其表面的起伏高度不能超過一根頭發絲的直徑。

再者，機械控制系統的同步精度令人咋舌，承載硅片的工件臺運動速度可達5米/秒，但其與掩模臺的同步運動誤差平均值必須小于0.5納米，這相當于要求兩架超音速飛行的飛機保持相對位置偏差在0.03微米以內。

最后，系統的復雜集成度超乎想象，一臺EUV光刻機包含超過10萬個零部件和2公里長的電纜，其研發周期長達數十年，僅ASML公司在EUV技術上的投入就超過60億歐元。

這些因素共同使得光刻機成為集光學、材料、機械和控制等領域頂尖技術于一身的“工業皇冠上的明珠”。

因此，我們再來看Lace的技術，Lace目前尚無成熟的工藝流程生態可對接，所以商業化量產這條路還很長。