当ASML用EUV光刻机封锁中国芯片时,没人想到我们会用两支“笔”破局:一支是电子束刻刀,在头发丝上雕出整座城市;另一支是纳米印章,像盖章般批量复刻5nm芯片。
2025年8月,浙江大学交付的“羲之”电子束光刻机精度飙至0.6纳米,相当于在人类DNA链上精准刻字。
而合肥璞璘科技的纳米压印设备,正以每秒5枚芯片的速度狂飙量产。 这两项技术绕开ASML数万项专利,直接切入量子芯片和存储芯片的无人区。
关键是,它们都跳过了EUV光刻必需的极紫外光源、蔡司反射镜、真空腔体三大“卡脖子”环节。
上海微电子28nm光刻机产线旁,工程师已开始调试新一代压印设备,中国半导体正在用“非对称战术”撕开裂口。
浙大余杭量子研究院里,一台钢柜般的机器正闪烁蓝光。 电子束穿透真空腔,在硅晶圆上刻出0.6纳米的沟槽。
这台名为“羲之”的光刻机,得名于书法家王羲之,因为它用电子束代替毛笔,在芯片上直接“书写”电路。
传统光刻机需要掩膜版成像,如同用投影仪投射图案。 但“羲之”的电子束像钢笔尖,通过电磁场偏转控制路径,直接雕刻硅片。
它的精度达到0.6纳米,相当于把2个硅原子并排刻成导线。 更关键的是无需掩膜版,修改设计只需调整电磁场参数,特别适合试产阶段的量子芯片研发。
电子束光刻曾因效率低下被视作实验室玩具。 传统设备每小时只能加工几片晶圆,而ASML的EUV光刻机每小时吞吐200片。
多束电子并行扫描技术将效率提升5倍,AI路径规划算法缩短50%曝光时间,磁悬浮平台将定位抖动控制在0.1纳米。 华为已采购三台设备用于量子芯片试产,良率提升30%。
合肥璞璘科技的无尘车间里,机械臂正将晶圆压向透明模板。 紫外光闪过,10纳米电路图案瞬间转印完成。 这台喷墨步进式纳米压印设备PL-SR,像盖章般将芯片电路复制到硅片上。
纳米压印原理颠覆传统光刻:先用电子束刻出带电路凹槽的模板,再涂上液态光刻胶,用模板压印出图形,最后蚀刻成型。
由于跳过复杂光学系统,其能耗仅为EUV光刻机的十分之一,成本直降60%。 璞璘科技的设备线宽突破10纳米,深宽比达7:1,可制造256层3D NAND闪存芯片。
佳能曾垄断纳米压印设备,但2024年对华禁售。 璞璘科技用动态喷墨技术破局:传统压印需整面涂胶,容易产生气泡;
而PL-SR采用微喷头精准喷射光刻胶,残余层厚度控制在10纳米内。 更关键的是,其柔性PDMS模板能贴合曲面晶圆,已用于Micro LED微显示器量产。
EUV光刻依赖13.5纳米极紫外光,需德国通快激光器激发锡滴等离子体,再用蔡司反射镜聚焦。
而电子束和纳米压印完全规避这两大难题:“羲之”的光源就是电子枪,纳米压印直接用物理模板压印。
ASML第二代EUV光刻机线宽为8纳米,“羲之”做到8纳米线宽加0.6纳米雕刻精度;佳能纳米压印设备最高支持14纳米制程,璞璘科技突破到10纳米。
纳米压印每小时处理50片晶圆,仅为EUV光刻机的四分之一;电子束光刻仍限于研发和小批量生产。
中科院研发的分子玻璃光刻胶使线边缘粗糙度降至1.2纳米,长江存储用国产压印设备量产128层闪存。
芯硕半导体的直写光刻机分辨率达0.65微米,虽不如前两者精密,但实现100%无掩膜制造,用于MEMS传感器量产。
英国南安普顿大学在2025年4月启用欧洲首台电子束光刻厂,美国应用材料公司加速研发多束流电子枪。
而在纳米压印领域,日本大印株式会社正开发7纳米压印模板。 中国两条路线并进,正在部分领域反超:璞璘科技的压印设备线宽比佳能当前型号低4纳米;“羲之”光刻机精度比英国南安普顿设备高0.2纳米。
2025年6月,其浸润式光刻机NXT:2050i降价15%,同时向中芯国际开放更多28nm工艺服务。 长江存储将纳米压印设备采购预算提高40%,华为量子实验室堆满“羲之”光刻机的测试数据报告。