攻克“光源中的光源”，中國有機會

當(dāng)前，芯片問題廣受關(guān)注，而半導(dǎo)體工業(yè)皇冠上的明珠——以極紫外（EUV）光刻機為代表的高端光刻機，則是我國集成電路（IC）產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展必須邁過的“如鐵雄關(guān)”。

如何在短期內(nèi)加快自主生產(chǎn)高端光刻機的步伐，打破國外的技術(shù)封鎖和市場壟斷？筆者認(rèn)為，應(yīng)找準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)，攻克核心設(shè)備，躋身上游產(chǎn)業(yè)。

認(rèn)清光刻關(guān)鍵技術(shù)

對于光刻機，憑什么美國可以左右荷蘭阿斯麥公司（ASML）EUV光刻機的出海國家？ASML又為什么“愿意”聽從美國的“擺布”？

一方面，美國在ASML早期研發(fā)階段給予大力扶持，幫助其獲取最新的研究成果；作為繼續(xù)扶持ASML的條件之一，ASML供應(yīng)鏈里至少要有55%的美國供應(yīng)商。另一方面，在美方協(xié)助下，ASML得以順利收購幾大可能阻礙其技術(shù)升級的關(guān)鍵供應(yīng)商，例如通過收購全球準(zhǔn)分子激光器龍頭企業(yè)美國Cymer公司，控制了EUV產(chǎn)業(yè)鏈上除鏡片組外最重要一環(huán)——13.5納米極紫外光光源。

鑒于此，美國通過下注ASML及推動其在上游產(chǎn)業(yè)建立技術(shù)壁壘，完成了對光刻機產(chǎn)業(yè)鏈的控制。

從技術(shù)層面看，Cymer公司采用的是激光等離子（LPP）技術(shù)路線，這一技術(shù)離不開泵浦激光器。泵浦激光器是德國TRUMPF公司專門量身定制的正方形折疊腔軸快流二氧化碳（CO2）激光器，它的原理是由高功率密度、高重頻、波長10.6微米的激光束照射錫液滴（液相錫靶），光/熱復(fù)合致錫原子電離，錫等離子體直接輻射波長13.5納米、功率約250瓦的極紫外光。這是國際公認(rèn)的最具工程實現(xiàn)價值的技術(shù)路線，其他如同步輻射、自由電子激光等方法距離規(guī)?；瘧?yīng)用還差很遠。

攻克EUV光源核心設(shè)備

筆者認(rèn)為，如果我國能提供財力、人力、物力，精準(zhǔn)定位并攻克LPP關(guān)鍵技術(shù)，還是有望打破高端光刻產(chǎn)業(yè)技術(shù)瓶頸的。

EUV光刻機是一套極其復(fù)雜的光機電系統(tǒng)，主要核心設(shè)備是EUV光源、光學(xué)鏡組、高速超精密運動雙工件臺，其中EUV光源是光刻機最核心設(shè)備，而高端CO2激光器又是EUV光源更基礎(chǔ)的核心設(shè)備，是“光源中的光源”。

因此，我們應(yīng)首先攻克高端CO2激光器，研制比軸快流更先進的大功率板條波導(dǎo)（SLAB）CO2激光器，即萬瓦級的SLAB CO2激光器件，打造具有國際競爭力的高精尖端氣體激光器產(chǎn)品，在EUV光源供應(yīng)鏈中對標(biāo)德國TRUMF公司。

第二步，攻克EUV光源。目前，Cymer公司采用液相錫靶的LPP方案研制的EUV光源僅能輸出約250瓦極紫外光，使ASML的EUV光刻機每天只能處理約200片晶圓，生產(chǎn)速度和效益較低，不能滿足IC制造商有關(guān)日處理300~500片及以上晶圓的急迫要求。要想實現(xiàn)此目標(biāo)，EUV光源需要提高30%以上輸出功率，而液相錫靶LPP技術(shù)很難再提高。

如果用更先進的CO2激光器結(jié)合全新概念的氣相錫靶技術(shù)方案，研制更大功率EUV光源，將使我們快速躋身核心零部件提供商行列。

如能攻克這兩個核心設(shè)備，成為獨立掌握極紫外光源制造技術(shù)的國家，將大幅提升我國在高端光刻機國際市場的話語權(quán)。

關(guān)鍵成果及技術(shù)難點

CO2激光器作為EUV光刻機的核心部件，引發(fā)全球?qū)怏w激光技術(shù)的重新認(rèn)知。這充分說明氣體激光器是一類非常重要的激光器件。

CO2激光器已發(fā)展4代，而今標(biāo)志性的SLAB氣體激光技術(shù)是國際能量光器件制造商們追逐的技術(shù)高地。

德國Rofin公司是全球第一家擁有SLAB專利技術(shù)體系、能夠生產(chǎn)千瓦級以上SLAB激光器件的企業(yè)。美國Coherent公司2016年出資9.34億美元收購了Rofin，獲得夢寐以求的SLAB技術(shù)。

目前，我國是國際上第二家獨立擁有SLAB專利技術(shù)體系、能夠生產(chǎn)千瓦級以上SLAB激光器件的國家，并創(chuàng)新性研發(fā)了“板條放電預(yù)電離橫向激勵大氣壓激光器”，為打造具有國際競爭力的尖端氣體激光器產(chǎn)品、躋身高端光刻機全球產(chǎn)業(yè)鏈奠定了知識產(chǎn)權(quán)和產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。

憑借相關(guān)技術(shù)儲備，我國有機會在較短時間內(nèi)攻克萬瓦級SLAB CO2激光器核心設(shè)備。不過，研制EUV光源會面臨三大技術(shù)難關(guān)：一是精密流量控制的氣相錫靶；二是激光束照射方式；三是極紫外光收集鏡制造和鍍膜。

SLAB CO2激光器性能優(yōu)于軸快流激光器，中國有機會走一條“繼承+創(chuàng)新”的技術(shù)路線，推出更先進的CO2激光器，再攻克更大功率的EUV光源，成為EUV光刻機全球供應(yīng)鏈中關(guān)鍵一環(huán)。