ASML：即便把光刻机的图纸公布出来，中国也做不出来，如今改口了

ASML曾经扬言“即便把光刻机的图纸公布出来，中国也做不出来”，如今改口了。

ASML公司总裁近日表示：“凭借中国的实力，未来一定会掌握EUV光刻技术。”

EUV光刻机号称工艺皇冠上的明珠，是人类技术的集大成者，它究竟有多难制造？我国的EUV光刻机到哪一步了？

荷兰ASML

提起光刻机，大家都会不约而同地想到荷兰的ASML。

ASML中文名称为阿斯麦，总部位于荷兰费尔德霍芬，是全球最大的半导体设备制造商之一，也是全球EUV光刻机的唯一制造商。

在《2022福布斯全球企业2000强》中，ASML位列第279名。

2021年，全球光刻机市场份额为1076亿，ASML一家就达到了854亿，占比79%。中端市场（DUV光刻机）出货103台，占据93.6%的市场份额，高端的EUV光刻机直接垄断（100%）。

当然，ASML取得这样的成绩，也不是一天两天就达到的。

阿斯麦起初是飞利浦的子公司，年收入超过3亿人民币，但庞大的研发支出仍然让这家公司陷入了亏损。于是飞利浦决定拍卖这家公司。

德尔·普拉多正是潜在的收购者，在和飞利浦的谈判中，陷入了胶着。因为飞利浦突然意识到光刻机的重要性。

最终，飞利浦持有新公司一半的股权，而ASML获得了访问飞利浦实验室的权限。

ASML成立了，但举步维艰，尽管如此，飞利浦仍要求ASML支付20台光刻机的材料费用，这让刚刚成立的ASML更加雪上加霜，一直徘徊在破产边缘。

到了90年代，日本的尼康、佳能快速发展，成为了光科技界的翘楚，尤其是尼康，拿到了50%的市场份额。

到1999年时，尼康共出售了6000台光刻机，分辨率遍布250nm—436nm等4个型号。

尼康就是当时的光刻机代名词。

2000年，千禧之年，尼康向193nm光刻机发起冲击，想要彻底垄断光刻机行业。

然而研发了两年，砸了几十亿，却仍然没有攻克光源技术，这让尼康大为恼火。就在此时，一场学术研讨会改变了整个行业。

学术会上，一名来自台积电的工程师说：“可以利用水的折射改变光源，从而获得波长更窄的光线，为什么一定要在空气里传播？”

这人就是林本坚。

林本坚，1942年出生于越南，美国俄亥俄州立大学电机博士，在2000年时就职于台积电，只是一名工程师。

但之后，林本坚发明了浸润式微影技术，为台积电立下了汗马功劳。成为了台积电研发副总，在2008年当选了美国国家工程学院院士，2014年还成为了台湾“中央研究院”院士。

这简直是醍醐灌顶啊！一个简单的方法就能解决尼康遇到的难题。

然而，当时的尼康似乎着了魔，根本听不进去，而且不愿意相信自己花了两年时间，耗资几十亿没有解决的问题，居然被一个毫不起眼的工程师，几句话解决了。

为了说服尼康，林本坚又发表了论文，阐述了理论，并且说这种方法可以得到157nm的光线，比193nm更具优势。

然而，此时的尼康不仅不听取建议，还扬言要封杀林本坚。

此时的台积电看不下去了，作出了一个决定——与ASML合作，逆袭尼康。

而ASML也早有此意，于是两家公司一拍即合。

经过一年的努力，全球首台浸润式光刻机诞生了，并于2003年发布。

这台光刻机在精度上超过了尼康，第二年，更为先进的157nm光刻机研发成功，ASML和台积电的合作成功逆袭了尼康。

依靠浸润式光刻机，台积电将工艺制程直接推向了32nm，摩尔定律也延续了三代。

ASML也一战成名，成为了全球领先的光刻机制造商。

EUV光刻机

早在上世纪80年代，EUV光源就开始研发了，当时的研究人员追求4nm—40nm的多个波长。

除了EUV外，电子束光刻机、离子束光刻也同时在研发。

但ASML最终选择了13.5nm的EUV光源，它认为这种技术最适合，也是最有希望成功的，同时未来大规模生产的成本也能负担的起。

事实证明，ASML选择正确。

1990年，EUV 光学教授 Fred Bijkerk 在荷兰投影了第一张 EUV 图像。几年后，EUV 光刻的工业化在欧洲启动了。

1998年，ASML、德国蔡司、牛津仪器等公司成立了EUV研发联盟，共同研发EUV技术。

此外，ASML又与飞利浦、德国计量研究院、美国EUV LLC、弗劳恩霍夫仪器公司等联手，确保EUV相关配件的供应。

2001年，ASML打造出了EUV原型系统，这使得EUV光刻机成为了可能。

2006年，第一套EUV系统研发成功，它用事实证明了EUV技术在半导体制造领域的可行性，EUV光刻机制造也提上了日程。

2009年，ASML在公司总部建设了10000平方米的洁净室，用于EUV光刻机的研发和生产。

2010年，EUV光刻机实现量产，芯片制造工艺大幅提升。但EUV光刻机的制造商仅有ASML一家，再无分店。

究其原因还是EUV光刻机技术要求太高了，尼康、佳能等昔日的对手全部放弃了这个项目。

一台EUV光刻机造价约12亿人民币，拥有10万个机密零部件，4000条线路，2公里长的管线，总重量达到了180多吨。

光刻机的光刻是在移动状态下进行的，而移动速度是非常快的，可说“比战斗机的加速还要快”，因此任何一颗螺丝的松动都可能让设备散架。

整个EUV设备是由多个极为复杂的零部件，最终拼凑在一起的，其中当属光源和透镜最为复杂。

制造EUV光源有多复杂呢？

EUV光刻机采用了波长为13.5nm的极紫外光，这种光极难获得。

ASML与加州的Cymer公司和德国激光公司Trumpf共同打造了一套光源系统。

准备一台30KW大功率激光器，使其能够发射出50万赫兹的高强度脉冲激光。

其次，制造一个特殊的加热容器，可以使锡保持液态。液态锡进入一个滴管中，可以使锡滴直径达到“人类头发直径的三分之一”。

如此，利用激光轰击下落的锡滴，锡在温度达到约 500000 K的爆发中燃烧，产生发出 EUV 光的等离子体。

这样我们就得到了EUV光源。

如何引导EUV光，使其恰好抵达掩膜版，进行光刻呢？答案是“通过镜子反射”。

EUV光刻机需要11个镜面来反射EUV光，使其聚焦在晶圆上。这11个镜子必须非常光滑，不能有任何瑕疵，否则EUV光子就会误入歧途。

能够将镜片打磨得近乎完美的公司只有蔡司。

普通镜片做到德国领土那么大会产生5米的高度差，而蔡司打磨的EUV镜片只有2厘米。

同时蔡司在EUV反射镜的表面涂上交替的硅和钼层，每层只有几纳米厚，可以将EUV光的反射量提升至70%。

如此，就解决了EUV光刻机的光源和透镜的难题。

当然还需要法国的精密轴承、瑞典的精密机床、美国的先进控制软件、日本的特殊复合材料等等。

这些全部备齐后，需要6个月甚至更长时间的安装调试。

此外，EUV光刻机需要在无尘室工作，EUV的光路是真空，这些苛刻的条件有任何一项不满足，都有可能导致芯片报废。

如此苛刻的要求，导致世界上没有任何国家能够单独研发EUV光刻机，哪怕是荷兰的ASML也仅仅是集成商，90%的零部件来自欧美日韩等国家。

我国的EUV光刻机进展如何呢？

EUV光刻机的分辨率为13.5nm，理论上经过3次曝光可以制造出3nm工艺的芯片。

所以EUV光刻机成为7nm及以下制程的必要设备，是兵家必争之地，很多公司挤破脑袋的想要购买EUV光刻机。

但是，因为“瓦森纳协议”，EUV光刻机对部分国家禁售，目前只卖给了台积电、三星、英特尔这类公司，我国的中芯国际始终拿不到。

无奈，我国只好自主研发EUV光刻机，尽管其号称无法单独制造。

华卓精科攻克双工作台

工作台是EUV光刻机的三大核心子系统之一。

其主要功能是承载晶圆按照指定的运动轨迹做高速超精密运动并完成一系列曝光所需动作，包括上下片、对准、晶圆面型测量和曝光等。

华卓精科和清华大学合作，成功的攻克了双工作台，成为国内首家自主研发和生产双工作台的厂家。

EUV光刻胶是光刻必需的化学材料，因为对分辨率、敏感度、对比度、粘滞性等要求极高，基本被日本的东京应化、住友化学、信越化学所垄断。

目前，我国仅能量产G线、I线、KrF三类光刻胶，EUV光刻胶正在攻克过程中。

南大光电已经在攻关7nm工艺所需的EUV光刻胶，相信假以时日定会有所成就。

镜片方面也取得了新进展

长春国科就是一家研发精密镜片的机构，当初用了近10年的时间，成功攻克了90nm光刻机所需要的镜片。

研制出的镜片数值孔径达到了0.75NA，分辨率为90nm。

如今这些镜片已经应用在上海微电子的光刻机上，能够制造28nm芯片。

光源方面

中科院光电所研发出“超分辨光刻装备”，单次曝光就能实现22nm的分辨率，多次曝光后可以达到7nm；

武汉光电所，利用激光衍射原理，研发出波长为9nm的光线，实现了衍射极限光刻制造的重大创新。

清华大学还发现了一种新的粒子加速光源，波长覆盖太赫兹到极紫外光波段，而且这种光源也可以应用在EUV光刻中。

组装方面也有了长足的经验

国内光刻机公司上海微电子已经可以量产90nm光刻机了，90nm光刻机经过三次曝光可以生产28nm芯片。

能够量产，这也足以证明了上海微电子在总集成方面已经取得了长足的进步。

在专利方面也没有停滞

2022年11月15日，华为就申请了一份EUV技术专利，专利申请号为202110524685X。

这份专利称其正在开发用于半导体制造过程的EUV扫描仪，同时也包括反射镜、印刷电路光刻和适当系统控制。

总的来说，我国在EUV光刻机研发方面，有条不紊，快速而不紧张，难题正在一点点攻克。

写到最后

EUV光刻机是全球技术的集大成者，号称没有哪个国家能够单独攻破。作为集成商的ASML也仅仅掌握了其中的10%。

但是，我国已经开始自主研发了，并且每天都在取得进步，这就是最厉害之处。

最后，EUV光刻机是人造不是神造的，只要是人造的就会有解决办法。

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