对话北京航空航天大学林楠教授：重新定义EUV光源

人工智能的快速发展正在推动全球算力需求持续攀升，与此同时，能源供给正逐渐成为算力基础设施扩张的重要约束。国际能源署（IEA）预计，到2030年全球数据中心用电量将较当前水平接近翻倍，其中AI相关数据中心的用电需求增长尤为显著。由此，先进制程的技术价值已不仅体现为晶体管尺寸的持续微缩和计算性能的提升，也体现为在有限功耗约束下不断提高计算性能与能源利用效率。EUV及High-NA EUV所支撑的先进制程因此成为延续半导体微缩、提升高性能计算芯片性能功耗比的重要底层技术。

然而，这一能效挑战并不只存在于芯片的使用阶段，也贯穿其制造过程。imec研究表明，在先进逻辑芯片制造中，光刻与干法刻蚀合计可贡献接近40%的制造阶段碳排放，而EUV光刻设备的能耗显著高于传统193 nm浸没式光刻设备。其中一个重要原因是EUV光源复杂的能量转换过程：高功率CO₂激光以每秒数万次的频率轰击锡滴，使其形成等离子体并产生波长为13.5 nm的EUV辐射，随后再通过多级反射光学系统完成曝光。2025年，ASML实验性实现了约1,000 W的EUV光源功率，并将锡滴作用频率提升至100 kHz，即每秒完成约10万次激光—锡滴相互作用。由此，先进EUV系统的研发目标已不仅是追求更高的分辨率和光源功率，而是在光源转换效率、曝光剂量、晶圆吞吐量、设备功耗和单位晶圆能耗之间实现系统优化。每输入1MWh电力能产生多少有效EUV光子、曝光多少晶圆，并最终转化为多少先进算力——即使EUV产生效率仅提高几个百分点，在大规模装机和长期高利用率运行条件下，经全球装机规模放大，也可能转化为数十乃至数百GWh级的全生命周期能源节约。因此，先进光刻技术的竞争正在从单纯的“尺度微缩”进一步扩展为分辨率、生产效率与能源效率的协同优化。

就在这一时点，在ASML体系内工作多年的光源专家林楠回到中国，目前任北京航空航天大学教授，研究方向包括极紫外光源、芯片测量与检测，以及阿秒脉冲产生与应用。近年来，林楠教授更是创办华芯极光，并致力于改良EUV光源技术、提升转换效率。近日，半导体产业纵横专访林楠教授，就团队聚焦光刻产业的路线选择与技术突破进行了深入探讨。

路线之争与方向选择

中国光刻技术向何处去，业内存在两种典型判断。一种观点认为，外部封锁会倒逼中国走一条完全并行的技术路线，从整机到零部件全部自研自建；另一种观点则指出，光刻是人类制造史上最复杂的系统工程之一，涉及光学、精密机械、材料、控制等多个学科的顶尖积累，任何单一经济体都难以独立完成全部拼图。林楠认为，“中国应该走有限平行的折中路线，在核心的零部件、材料平行发展，这没有悬念；但在共性技术上，应该有国际化视野，支撑下一代技术演进。”在他看来，中国芯片产业的规模已经足够大，“做强”的关键在于创新，既解决自身问题，也要具备为全球产业链提供解决方案的能力。

在光刻领域，光源是关键技术点，EUV光刻使用波长13.5 nm波长的极紫外光（EUV），目前光源产生有激光等离子体、放电等离子体、激光辅助放电等离子体、HHG等几种技术路径。而量产的主流方案只有一种——激光等离子体（LPP）。当前商用的LPP EUV光源原理是每秒数万滴熔融锡液滴从发生器中射出，脉冲激光先以预脉冲将锡滴压扁成薄饼状，再由主脉冲将其轰击至数十万度的高温等离子体状态，辐射出13.5纳米的特征光谱；多层膜反射镜在侧向收集这些光，送入照明系统。目前仅有荷兰ASML公司实现了这一技术的量产。光源的功率、稳定性和能耗，直接决定了光刻机的产能上限，业内常用“每小时晶圆曝光数”（WPH）来衡量一台光刻机的价值，而光源功率正是其中的关键之一。林楠选择的技术路线，是用固体激光器驱动激光等离子体（LPP）来产生EUV光。回国后，他没有立刻创业，而是先加入科研院所和高校。原因在于，新原理光源需要广泛的供应链支撑，“我需要回到中国，在自己的土壤里，先把这个想法真正做出来。”带着这样的念头，他开始了长达五年的前期探索与技术验证。在实验室里，他逐步攻克了核心技术的国产化难题；更重要的是，他发现中国已经聚集了一批具备技术能力、也愿意共同投入的零部件供应商，愿意陪着团队一起“啃硬骨头”。技术的突破与本土供应链的成熟逐渐汇合，最终促成了华芯极光的诞生。

重新定义EUV光源效率

评价EUV光源优劣，行业长期使用的核心指标是转换效率（CE），也就是入射激光能量中有多少比例转化为EUV能量。这个指标固然重要，但它只描述了链路的一半，它不计入产生这些激光所消耗的电能。然而，行业优化了等离子体环节，却长期忽视激光器端的巨大损耗空间。

林楠主张用系统效率取而代之：将激光器的电光效率与等离子体的转换效率相乘，得到从电到EUV光的完整链路效率。这个重新定义在工程上意义重大，它意味着系统优化存在两个可乘的变量，传统方案只在等离子体一端使劲，而让激光器这端的数量级提升空间闲置。

国际上各团队和公司实现的1 μm和2 μm固体激光驱动等离子体EUV光源的转换效率对比（源：胡桢麟,林楠. 2μm固体激光驱动极紫外光刻光源辐射特性研究[J].中国激光,2026,53(21):2101007.）

从实践结果来看，数字也印证了这条路径的可行性。商用EUV光刻机的等离子体产生效率达到了5.5%以上，而林楠团队的实验室样机的效率已达到4.4%，相当于是商用水平的80%；而拉开差距在激光端，第一代量产EUV光刻机中CO₂气体激光器效率仅2%左右，通过采用新架构的固体激光器，可以轻松做到10%以上甚至20%的激光器电光效率。此消彼长之间，整体效率便实现了对商用光源的超越。据了解，林楠团队采用工作于近红外或中红外波段的固体激光器驱动的LPP EUV光源，从电到EUV的转化效率达到了量产EUV光源的三倍以上。

当然，数据好看不等于能进产线。林楠也坦言，目前的对比基于实验室里的单发脉冲验证，一发激光对一发EUV光，而真正的工程产品需要把脉冲重复频率提升到量产所需的量级，这需要大量工程化投入。而这也正是他成立产业化公司，并引入市场化资金的原因。从实验室到稳定量产，隔着一条漫长的工程化鸿沟。

走向产业化的路径思考

如何跨过从实验室到产业化的门槛，华芯极光始终站在用户角度考虑技术创新和替代。

在产业化策略上，不是推倒重来，而是换芯不换壳。林楠表示，对设备厂商而言，更换核心部件最大的顾虑是系统兼容性与验证成本。因此，华芯极光的研发严格约束在“光源对外所有关键接口参数不变”的前提下，只在光源内部实现原理更替。对下游客户而言，替换动作近乎即插即用，迁移成本几乎为零；而在运行中，效率、功耗、维护成本的差异会自然显现。让客户几乎无感地完成技术升级，是这条路线能够快速被接受的底层逻辑。毕竟，节能是共性需求，客户不需要在“用不用新技术”之间做立场选择，便能自然而然地接受新的光源技术路线。

在产业化切入上，选择“两条腿走路”。先用EUV量检测光源满足当前市场需求、形成自我造血的资金流，再反哺研发，支撑未来EUV光刻光源的长期愿景。关于从EUV量检测光源开始，林楠进一步解释到：前道与封装环节的量检测设备，合计约占全球半导体制造产业链的20%，规模与光刻设备相当。但与光刻“一台机器解决一类问题”不同，量检测涉及大量关键参数，设备种类繁多，而且是“一代工艺、一代设备”，每出现一项新的工艺指标，就需要搭配全新的测量设备。林楠表示，当前正值量检测指标体系的换代节点。在7纳米及以上节点，套刻精度（overlay，衡量前后两层图形对准程度）与关键尺寸（CD，衡量线宽控制精度）是两项相互独立的测量对象；进入2纳米以下节点，两层图形之间的相对位置误差无法再拆分为独立变量，必须作为一个整体测量——这就是边缘放置误差（EPE）。围绕EPE测量，将催生一整套此前不存在的量检测需求。同时，中国集成电路工艺路径与海外存在差异，还会衍生出额外的、海外市场没有的测量需求。而且，量检测设备对光源功率和稳定性的要求也相对较低、验证周期短，是工程化的最佳练兵场。

在产业化落地上，真正难的是客户信任的积累。林楠强调，虽然你的参数确实比别人好；但光凭这层远远不够。“半导体行业有太多企业，个别参数做到比友商好，客户却不敢用，因为没有经过长时间稳定运行的检验。”此外，还需要面对客户愿不愿意把关键数据开放给你、愿不愿意承担陪你迭代的风险。半导体工艺数据属于核心机密，信任只能靠一次次交付积累。他提到，在ASML的经历让他理解，长期合作的客户愿意承担这种风险，因为他相信你有能力解决他的问题。但打开信任并不那么容易。

走向全球还需要跨过另一道门槛：专利。光刻领域的竞争壁垒一半在技术，另一半在专利，ASML及其上游供应链围绕CO₂激光器驱动的LPP光源建立了密集的专利网，这是后来者绕不开、也绕不起的雷区。而基于新的技术路线，林楠个人拥有120多项国际专利。林楠表示，“我们目前的技术方案，与世界上任何地区的现有专利布局没有冲突。”这条路线不仅可以服务中国市场，甚至可以进入全球供应链，成为ASML体系之外的一种补充选项。林楠的新技术路线，不是关起门来重建一套体系，而是利用中国完整的产业链资源和巨大的应用市场，培育出能向全球输出的技术方案，成为全球供应链中的一个新选项。

2026年，光刻走向何方

把时间坐标拉到2026年，全球光刻产业正站在一个关键节点上。

EUV光刻已进入全面量产期。自2019年台积电首发7纳米EUV芯片以来，最先进的2纳米节点已在三星和台积电量产。而业界的焦点正转向High NA（高数值孔径）机型，ASML的0.55 NA光刻机已有10台交付、4家客户投入使用，还有3台在运输途中。高NA机型用单次曝光替代多次曝光，是通往1纳米以下节点的门票。与此同时，更大数值孔径的Hyper-NA EUV光刻机也在研发中。

光源的技术路线之争也在升温。目前EUV光源有多条技术技术路线：激光等离子体（LPP）、放电等离子体（DPP）、自由电子激光（FEL）、同步辐射（SR）、高次谐波（HHG）等。林楠的态度是“科学上全都要，商业上有取舍”：所有技术路线都应该鼓励、应该尝试；但哪些路线能更快商用，更值得资本投入加速，需要基于技术成熟度的判断排个轻重缓急。目前，6.x纳米波长的BEUV（beyond EUV）光源已被学界提上议程。0.75 NA架构足以支撑未来十余年的产业化，这为下一代光源留出了从容的研发窗口。林楠的期待是：“中国科研工作者有没有可能在下一代光源的研发中，发挥产业配套完整、应用场景丰富的优势，提出自己的方案？”

产业界在做5到10年的研究，学术界面向10到20年之后。林楠恰好站在两条时间线的交汇处，身后是五年实验室验证的厚积，身前是从量检测到光刻、从国内到全球的漫漫长路。从海外归来，回到中国的产业土壤，把实验室里的光变成照亮产线的光源，在他看来，这是一个“非常激动人心的时刻”。能够在这样的一个浪潮中，通过技术积累切实解决产业化问题，也是时代所需。长坡厚雪，我们期待林楠教授和他的团队早日迎来产业化、规模化的那一天！