国产“羲之”电子束光刻机登场，与EUV有何不同？

百科大全 2025年08月22日 20:49 1 admin

近日，首台国产商业化电子束光刻机“羲之”正式投入市场，这一消息在半导体行业内引发了广泛关注。“羲之”由浙大量子研究院相关团队自主研发，其精度达到0.6纳米，线宽8纳米，比肩国际主流设备，专攻量子芯片、新型半导体研发的核心环节，无需传统光刻所需的掩膜版，可通过高能电子束直接在硅基上写电路。这一成果不仅标志着我国在半导体设备研发领域取得了重要突破，也让人们对电子束光刻机与目前半导体制造领域的“明星”设备——EUV光刻机之间的区别产生了浓厚兴趣。

工作原理大不同

EUV光刻机，即极紫外光刻机，利用极紫外光（13.5nm）作为能量源。其工作过程就像是一场精密的投影秀，通过复杂的光学系统，包括多层反射镜等，将掩模版上的图案投影到晶圆上，一次性完成全片曝光，从而实现图案转移。这种方式类似于我们使用投影仪将幻灯片上的图案投射到屏幕上，只不过其精度达到了纳米级别，能够满足大规模集成电路制造对于图案复制的高要求。

而电子束光刻机则采用了截然不同的技术路径。它以电子源产生电子束，利用电子束轰击电子抗蚀剂。当电子束与抗蚀剂相互作用时，抗蚀剂发生分子链重组，就像在柔软的泥土上留下了痕迹。通过电磁场精确控制电子束的运动方向，改变电子束在抗蚀剂上写入的轨迹，进而在基底上得到需要的图案信息。可以把它想象成一支由电磁场操控的“纳米笔”，在芯片表面一笔一划地书写电路图案。

精度与效率的博弈

在精度方面，两者都代表了当今半导体光刻技术的顶尖水平，但又各有千秋。“羲之”电子束光刻机凭借其独特的电子束直写技术，精度高达0.6纳米，能够实现极其精细的电路刻画，在处理一些对精度要求极高的芯片研发，如量子芯片时具有明显优势。而ASML生产的High NA EUV光刻机精度可达2nm水平，虽然从数值上看略逊于“羲之”，但其在大规模集成电路制造中，对于满足量产芯片的精度要求已经绰绰有余，并且其在量产环境下的稳定性和一致性得到了长期验证。

然而，在生产效率上，两者却有着巨大的差距。EUV光刻机利用极紫外光一次性对整片晶圆进行曝光，如同使用复印机快速复印文件一样，效率极高。一台光学光刻机1小时就能完成几十片甚至上百片晶圆刻写，非常适合大规模工业化生产CPU、DRAM等商业化半导体产品，能够满足市场对于芯片数量的巨大需求。

反观电子束光刻机，采用的是逐点扫描的方式，就像用铅笔慢慢描绘一幅复杂的画作，速度相对较慢。每“雕刻”1片晶圆，往往需要几个小时，效率远低于EUV光刻机。以高斯束电子束光刻机为例，如果要完成12寸晶圆的刻写，大概需要1个月的时间；即使用高端的VBS（Variable Beam shape，形状可变光束）做100nm级别，也几乎需要1天左右。即使是更高级的Multi - beam （多光束）电子束光刻，一个小时也只能写1片左右。这种效率在大规模芯片制造中是难以接受的，但在小批量、高精度需求的场景下，如高端芯片的小批量生产、改进迭代，以及掩模版制作等，电子束光刻机的高精度优势就得以凸显。

应用场景各有侧重

由于精度和效率的差异，EUV光刻机和电子束光刻机在应用场景上也有着明显的区分。EUV光刻机凭借其高效的曝光能力和稳定的量产表现，成为了大规模集成电路制造的主力军。在当今的半导体市场中，我们日常使用的手机、电脑中的CPU，以及各类存储芯片等，这些大规模生产的商业化半导体产品，其制造过程都离不开EUV光刻机的支持。它就像是工业生产线上的高效机器，能够快速、大量地生产出符合标准的芯片产品。

而电子束光刻机则更侧重于小批量、高精度的应用领域。在芯片研发初期，研发人员需要对电路设计进行反复调试和修改，此时电子束光刻机无需掩膜版、可灵活修改设计的特点就派上了用场。它可以像在纸上随意涂改一样，在芯片上轻松修改电路图案，大大缩短了开发周期，降低了研发成本。此外，在量子芯片、新型半导体材料研发等前沿领域，对于芯片的精度要求极高，且往往是小批量试制，电子束光刻机能够满足这些特殊需求，为科研人员提供了强大的工具支持。例如，在量子芯片的制造中，每个量子比特的设计和布局都需要精确控制，电子束光刻机的高精度和灵活性能够确保量子芯片的性能和稳定性。

对半导体行业的深远影响

“羲之”电子束光刻机的问世，对于我国乃至全球半导体行业都具有重要意义。从国内来看，长期以来，国外高端电子束光刻设备对中国实施禁运，导致国内顶尖科研机构和企业在相关领域的研究和生产受到严重制约。“羲之”的出现彻底打破了这一困局，为我国量子芯片、新型半导体研发提供了自主可控的关键设备，有助于推动我国半导体产业在前沿领域的研究和发展，提升我国在全球半导体产业链中的地位。

在全球范围内，“羲之”的诞生也为半导体光刻技术的发展注入了新的活力。它展示了我国在半导体设备研发领域的创新能力，激励着更多的科研人员和企业投身于光刻技术的研究和创新中。同时，电子束光刻机作为一种与EUV光刻机互补的技术，丰富了半导体制造的手段，为解决半导体制造中的一些难题提供了新的思路和方法。例如，在一些特殊芯片的制造中，可以结合电子束光刻机的高精度和EUV光刻机的高效率，采用混合光刻的方式，提高芯片的制造质量和效率。

尽管“羲之”电子束光刻机取得了重大突破，但我们也应该清醒地认识到，我国半导体设备产业与国际先进水平相比仍存在一定差距。在未来，我们需要继续加大研发投入，加强人才培养，不断提升我国半导体设备的技术水平和市场竞争力，为我国半导体产业的高质量发展提供坚实的支撑。