日本理化學(xué)研究所聯(lián)合宇都宮大學(xué)團(tuán)隊(duì)，在極紫外（EUV）光源驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域取得進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)采用波長2微米的固體激光器，通過多光束同時(shí)照射錫靶的實(shí)驗(yàn)，成功將EUV光轉(zhuǎn)換效率從2.6%提升至3.6%，實(shí)現(xiàn)約40%的效率躍升。該成果于2026年7月獲學(xué)術(shù)期刊《光學(xué)快報(bào)》收錄，并于8月下旬正式公布。

EUV光刻機(jī)是制造先進(jìn)制程芯片的核心設(shè)備，其內(nèi)部電路線寬已縮小至數(shù)納米級別。當(dāng)前量產(chǎn)型EUV光刻機(jī)單臺運(yùn)行功耗超過1兆瓦，全球代工龍頭臺積電的電力消耗規(guī)模已逼近中國臺灣地區(qū)總用電量的十分之一。在能耗成本與碳減排雙重壓力下，降低光源系統(tǒng)功耗成為產(chǎn)業(yè)鏈降本增效的迫切需求。目前主流EUV光源依賴波長10.6微米的二氧化碳激光器激發(fā)高溫高密度的錫等離子體，但該類激光器電光轉(zhuǎn)換效率僅約百分之四，大量電能轉(zhuǎn)化為廢熱，直接推高了整機(jī)的運(yùn)營與維護(hù)成本。

多光束幾何布局突破單束效率瓶頸

為替代低效的二氧化碳激光器，業(yè)界普遍將目光轉(zhuǎn)向電光轉(zhuǎn)換效率更高的2微米波段固體激光器。然而，現(xiàn)有2微米激光器難以單獨(dú)達(dá)到EUV光源所需的高脈沖能量閾值。研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，放棄單一超高功率激光器的思路，轉(zhuǎn)而采用較低功率的多束激光協(xié)同照射方案。實(shí)驗(yàn)使用脈沖寬度20納秒、重復(fù)頻率1千赫茲的鈥摻雜釔鋁石榴石（Ho:YAG）固體激光器，在真空腔體內(nèi)對金屬錫平板進(jìn)行加熱激發(fā)。在保持總?cè)肷淠芰?strong>40毫焦不變的前提下，研究人員將單束激光分割為兩束各20毫焦的光路，以特定夾角同步照射靶材表面，并將聚焦光斑直徑微調(diào)至30微米，確保局部激光強(qiáng)度與單束照射時(shí)保持一致。

幾何構(gòu)型的改變直接帶來了物理層面的優(yōu)化。強(qiáng)脈沖激光轟擊金屬靶面會瞬間電離物質(zhì)形成等離子體，若單束激光高度集中，等離子體會向真空環(huán)境三維急速膨脹并快速冷卻，導(dǎo)致電子溫度驟降，不利于13.5納米波長的極紫外光穩(wěn)定輻射。雙光束從不同角度注入后，有效擴(kuò)大了被加熱的等離子體空間分布區(qū)域，抑制了過度膨脹帶來的熱損耗。理論流體動力學(xué)模擬計(jì)算顯示，該條件下等離子體電子溫度可穩(wěn)定維持在約30電子伏特，電子密度處于輻射區(qū)間。時(shí)間波形監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，雙光束照射下的信號半值全寬從約150納秒延長至200納秒，積分能量顯著增加。法拉第杯離子能譜測試進(jìn)一步證實(shí)，雙光束條件下的錫離子峰值能量與單束照射完全一致，表明等離子體狀態(tài)具備高度可重復(fù)性。同時(shí)，發(fā)光點(diǎn)尺寸始終維持在60至70微米區(qū)間，完全滿足下一代高數(shù)值孔徑（High-NA）及超數(shù)值孔徑（Hyper-NA）光刻機(jī)對光源尺寸小于100微米的嚴(yán)苛要求。

液滴靶驗(yàn)證與高功率化仍是量產(chǎn)前關(guān)鍵

盡管實(shí)驗(yàn)室階段的平板錫靶實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)亮眼，但該技術(shù)距離實(shí)際裝機(jī)應(yīng)用仍有明確的技術(shù)跨越節(jié)點(diǎn)?，F(xiàn)實(shí)中的EUV光刻機(jī)并非使用靜態(tài)金屬板，而是通過精密噴射系統(tǒng)在真空中持續(xù)產(chǎn)生極微小的液態(tài)錫滴作為反應(yīng)靶材。固態(tài)靶材雖然便于基準(zhǔn)測試與參數(shù)校準(zhǔn)，但其熱傳導(dǎo)特性、表面形貌演化及離子濺射行為與高速運(yùn)動的液滴存在本質(zhì)差異。研究團(tuán)隊(duì)明確指出，下一步必須將多光束照射策略移植到動態(tài)液滴靶系統(tǒng)中，驗(yàn)證其在高頻沖擊下的穩(wěn)定性與抗干擾能力。此前團(tuán)隊(duì)曾于2024年提出過基于1微米釹玻璃激光器的多光束概念，但因波長與能量條件不同無法直接對標(biāo)，本次2微米波段實(shí)驗(yàn)才是真正契合產(chǎn)業(yè)演進(jìn)路線的驗(yàn)證。

此外，單次脈沖40毫焦的能量水平距離光刻機(jī)量產(chǎn)光源所需的千瓦級平均功率仍有數(shù)量級差距。2微米固體激光器本身的光纖放大技術(shù)與增益介質(zhì)材料仍需迭代，多光束合束模塊的相位控制與光路對準(zhǔn)精度也面臨工程化挑戰(zhàn)。不過，該方案無需引入復(fù)雜的主動反饋控制系統(tǒng)，僅依靠被動光學(xué)元件即可實(shí)現(xiàn)能量疊加，與現(xiàn)有激光光學(xué)架構(gòu)兼容性良好，為后續(xù)工藝集成預(yù)留了接口。

對于中國半導(dǎo)體設(shè)備制造商與核心零部件供應(yīng)商而言，此項(xiàng)基礎(chǔ)研究揭示了通過光路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化彌補(bǔ)單器件性能短板的新思路。在采購或研發(fā)EUV光源子系統(tǒng)時(shí)，建議重點(diǎn)關(guān)注2微米波段高亮度光纖激光器的成熟度評估，以及多光束合束器在真空環(huán)境下的熱管理設(shè)計(jì)。國內(nèi)相關(guān)企業(yè)在規(guī)劃下一代光刻機(jī)光源路線時(shí)，可提前布局液滴生成系統(tǒng)的流體力學(xué)仿真與多光譜診斷技術(shù)，以便在光源能效標(biāo)準(zhǔn)升級前完成技術(shù)儲備與供應(yīng)鏈適配。