上周,朗道燧岩在工博会上首次公开了那台EUV光源样机——国产化率90%、连续运行超过100小时、输出功率大于15瓦,放在产业链语境里,相当于造出了一台能点火的发动机。但现场工人也把话说得很直白:离量产至少3到5年,核心卡点是“提升输出功率和长期运行稳定性”。

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朗道燧岩EUV光源样机亮相工博会现场

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为什么15瓦够让行业兴奋,而250瓦的路却要按五年起算?这两个数之间差的,不是“把激光器调亮一些”这么简单,而是从上游驱动能力到中间等离子体控制、再到光学系统存活率的一整条传导链条,每条链上都有自己的崩溃临界点。

第一个坎,驱动激光本身就不够力

EUV光源不是直接把电变成极紫外光,而是要先用电驱动一台高功率二氧化碳激光器,再用激光轰击锡滴。朗道燧岩的FlintNano-LPP样机,公开标注的驱动激光功率是1000瓦,整段激光到EUV的转换效率大于2%,算下来就是15瓦量级的EUV输出——这个数据从系统参数上完全自洽。

但真要达到250瓦EUV输出,按行业公认的LPP光电转换效率区间2%到4%倒推,驱动激光的输入功率得跑到6.25千瓦到12.5千瓦的量级。换句话说,目前这台样机的驱动激光,离最低门槛还差六七倍以上,哪怕其他环节全部做到完美,光这一关就不够进门。

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ASML发布的EUV光刻设备长期迭代路线图

朗道燧岩自己已经意识到了这一点。

公司的三大核心业务板块里,除了燧岩做EUV光源系统,剩下的两个一个叫辉光,专门攻关大功率二氧化碳轴快流激光器,另一个叫天算,做等离子体工业仿真软件——在官方的表述里,这两者“的发展和成熟对于未来高功率、强稳定性和长寿命的LPP-EUV光源具有里程碑意义”。

这几乎等于在公开承认:光源系统的瓶颈,源头首先卡在自己上游的激光器上,而大功率激光器不是买来就能用,得从头啃。

第二个坎,锡滴一旦提速,精准度就稳不住了

假设驱动激光功率真的翻到了目标量级,第二个问题就会立刻浮现。

现在这套LPP光源的工作流程可以理解为:每秒数万滴30微米级熔融锡液滴从发生器射出,先由一束预脉冲激光把它拍扁成薄饼状,紧接着主脉冲再轰上去,把锡膜加热到数十万度,等离子体冷却瞬间释放13.5纳米的辐射。各个环节都在微秒甚至纳秒级别完成。

北航林楠团队在实验室单发脉冲条件下,已经把等离子体辐射效率做到了4.4%,达到商用水平5.5%的八成。

但实验室是“一发激光对一发EUV光”,真正的量产场景需要把脉冲重复频率推到数十kHz甚至更高——整个过程的时间窗口被压缩到极致,锡滴喷射的时序精度只要出现微小的抖动,主脉冲就会打偏靶点,辐射效率从4.4%往下掉的幅度,远超过单发实验里的波动范围。

这条问题的麻烦之处在于,它没法用一两发脉冲的数据来推演。

国内多个研发团队已经踩过类似的坑:低功率下单发验证一路顺畅,一到高重复频率下的工程化稳定性测试,锡滴精度、脉冲稳定性、能量稳定性等指标就开始出现非线性劣化,而这些在之前的原理验证阶段根本不会暴露。

迄今为止,公开渠道里找不到任何“功率每提升30%、锡滴精度劣化幅度定量值”的数据,说明这种工程细节仍属于各团队内部的核心工艺参数,不会拿出来公开讨论——而这恰恰意味着,这条路只能靠自己一轮一轮烧测试跑出来,没法照搬公式。

第三个坎,锡污染在“高功率”这个场景面前,是个连镜子都能烧坏的麻烦

这个坎是目前整条传导链上权重最高的一个——高功率下锡碎屑对收集镜的污染。

LPP技术的固有短板就是锡滴被激光轰完后会产生大量碎屑。在低功率工况下,这些碎屑沉积到收集镜上的速度还算可控,但一旦功率大幅提升,锡滴的消耗量和轰击能量同步上涨,碎屑飞溅速率不是线性的,而是呈“非线性抬升”。

这些微米级的锡颗粒附着在镜面上,不只是单纯挡光——它们会触发菲涅尔衍射效应,也就是在光路后续的某些特定位置形成局部光强剧增的“热点”。本来镜面损伤阈值还有余量,热点一出现,局部能量密度直接冲破阈值,光学元件就不可逆地烧毁了。

商用LPP光源里那面直径约0.5米的钼硅多层膜收集镜,对13.5纳米EUV光本身就存在固有吸收损耗,再叠加上锡碎屑持续沉积,有效反射率会随运行时间快速衰减——而在晶圆厂的逻辑里,设备必须能连续跑数千小时才够经济性,镜子废了就得停机换,维护成本和时间成本直接拉满。

如果镜子扛不住高功率工况,功率提升再多也没意义,因为系统根本没法连续运行。朗道燧岩当前只完成了100小时连续运行验证,这个时长和几千小时的目标之间,隔着近乎一个数量级的工程鸿沟,且在低功率样品测试里根本测不出高功率下锡碎屑的非线性加速规律。

国内此前公开的DPP路线30瓦稳定输出后之所以长期无法向百瓦级推进,相当一部分原因也在于核心元件的长期衰减控制问题无法在低功率阶段被完整复现。

第四个坎,真空腔里那面镜子,热了会变形

收集镜本身要活下来还不够,它还必须全程保持精确的几何形状。高功率运行下,真空腔体内会形成复杂的温度梯度,镜体支撑结构随之产生微米级的热变形,外部振动干扰也会同步叠加进来。

大口径真空光学系统的面形漂移和焦点位置偏移一旦达到微米量级,光场叠加效果就会被改写,等离子体的辐射分布直接偏离设计工况,光收集效率跟着往下掉。

这个过程的影响量级和对应效率下降的精确百分比目前同样没有公开数据,但从ASML一路把250瓦迭代到500瓦的历史来看,任何一个子系统在高功率热负载下的长周期形变控制,都必须经过巨量实测才能摸清边界。

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ASML演示的EUV光源功率提升技术路径

光路全程在真空中运行,只能用反射镜,不能像普通镜头那样用透镜折射。

这导致整个系统对每一面镜子的面形精度极度敏感——低功率下一切正常的焦点位置分布,一旦负载加上去,热变形一上来就会整体偏移,原本对着收集镜中心的等离子体辐射团,现在偏了零点几毫米,被收集到的光量就直接跳水。

所以,这条传导链到底有多长

从朗道燧岩现在的1000瓦驱动激光开始,到能让晶圆厂用起来的250瓦EUV输出,中间要逐环走通的步骤是:先把自家的大功率二氧化碳激光器从千瓦级推到6千瓦以上,同时在高重复频率下稳住锡滴的喷射精度和时序匹配,然后在锡碎屑污染这场消耗战里找到让收集镜活过数千小时的办法,再把真空系统热变形和焦点偏移控制在微米以内。

每一步都是“不解决就锁死上限”的硬门槛,不是简单的参数外推可以跨过去。

朗道燧岩现在15瓦的样机,证明的是这条路可以走通;但从走通到走远,之间差的正是ASML当年从250瓦迈到500瓦时吃掉的每一次工程测试。工博会上的这台样机已经跑完了“从0到1”,而从1到量产的每一步,都不会是时间线的线性缩短。