攻克“光源中的光源”，中國芯走上新道路

當前，芯片問題廣受關注，而半導體工業皇冠上的明珠——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）產業高質量發展必須邁過的“如鐵雄關”。

如何在短期內加快自主生產高端光刻機的步伐，打破國外的技術封鎖和市場壟斷？筆者認為，應找準關鍵技術，攻克核心設備，躋身上游產業。

認清光刻關鍵技術

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

鑒于此，美國通過下注ASML及推動其在上游產業建立技術壁壘，完成了對光刻機產業鏈的控制。

從技術層面看，Cymer公司采用的是激光等離子（LPP）技術路線，這一技術離不開泵浦激光器。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。這是國際公認的最具工程實現價值的技術路線，其他如同步輻射、自由電子激光等方法距離規模化應用還差很遠。

攻克EUV光源核心設備

筆者認為，如果我國能提供財力、人力、物力，精準定位并攻克LPP關鍵技術，還是有望打破高端光刻產業技術瓶頸的。

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

因此，我們應首先攻克高端CO2激光器，研制比軸快流更先進的大功率板條波導（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品，在EUV光源供應鏈中對標德國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，生產速度和效益較低，不能滿足IC制造商有關日處理300~500片及以上晶圓的急迫要求。要想實現此目標，EUV光源需要提高30%以上輸出功率，而液相錫靶LPP技術很難再提高。

如果用更先進的CO2激光器結合全新概念的氣相錫靶技術方案，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備，成為獨立掌握極紫外光源制造技術的國家，將大幅提升我國在高端光刻機國際市場的話語權。

關鍵成果及技術難點

CO2激光器作為EUV光刻機的核心部件，引發全球對氣體激光技術的重新認知。這充分說明氣體激光器是一類非常重要的激光器件。

CO2激光器已發展4代，而今標志性的SLAB氣體激光技術是國際能量光器件制造商們追逐的技術高地。

德國Rofin公司是全球第一家擁有SLABZL技術體系、能夠生產千瓦級以上SLAB激光器件的企業。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。

目前，我國是國際上第二家獨立擁有SLABZL技術體系、能夠生產千瓦級以上SLAB激光器件的國家，并創新性研發了“板條放電預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品、躋身高端光刻機全球產業鏈奠定了知識產權和產業化基礎。

憑借相關技術儲備，我國有機會在較短時間內攻克萬瓦級SLAB CO2激光器核心設備。不過，研制EUV光源會面臨三大技術難關：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。