拿下“光源中的光源”,中国机会来了

作者: 张志远

来源: 中国科学报

发布日期: 2022-03-30 08:36:49

本文讨论了中国在高端光刻机领域的发展机会,特别是攻克极紫外(EUV)光源核心设备的重要性,以及如何通过技术创新打破国外技术封锁和市场垄断。

当前,芯片问题广受关注,而半导体工业皇冠上的明珠——以极紫外(EUV)光刻机为代表的高端光刻机,则是我国集成电路(IC)产业高质量发展必须迈过的“如铁雄关”。如何在短期内加快自主生产高端光刻机的步伐,打破国外的技术封锁和市场垄断?笔者认为,应找准关键技术,攻克核心设备,跻身上游产业。

对于光刻机,凭什么美国可以左右荷兰阿斯麦公司(ASML)EUV光刻机的出海国家?

ASML又为什么“愿意”听从美国的“摆布”?一方面,美国在ASML早期研发阶段给予大力扶持,帮助其获取最新的研究成果;作为继续扶持ASML的条件之一,ASML供应链里至少要有55%的美国供应商。另一方面,在美方协助下,ASML得以顺利收购几大可能阻碍其技术升级的关键供应商,例如通过收购全球准分子激光器龙头企业美国Cymer公司,控制了EUV产业链上除镜片组外最重要一环——13.5纳米极紫外光光源。

鉴于此,美国通过下注ASML及推动其在上游产业建立技术壁垒,完成了对光刻机产业链的控制。

笔者认为,如果我国能提供财力、人力、物力,精准定位并攻克LPP关键技术,还是有望打破高端光刻产业技术瓶颈的。

EUV光刻机是一套极其复杂的光机电系统,主要核心设备是EUV光源、光学镜组、高速超精密运动双工件台,其中EUV光源是光刻机最核心设备,而高端CO2激光器又是EUV光源更基础的核心设备,是“光源中的光源”。

因此,我们应首先攻克高端CO2激光器,研制比轴快流更先进的大功率板条波导(SLAB)CO2激光器,即万瓦级的SLABCO2激光器件,打造具有国际竞争力的高精尖端气体激光器产品,在EUV光源供应链中对标德国TRUMF公司。

要想实现此目标,EUV光源需要提高30%以上输出功率,而液相锡靶LPP技术很难再提高。如果用更先进的CO2激光器结合全新概念的气相锡靶技术方案,研制更大功率EUV光源,将使我们快速跻身核心零部件提供商行列。如能攻克这两个核心设备,成为独立掌握极紫外光源制造技术的国家,将大幅提升我国在高端光刻机国际市场的话语权。

凭借相关技术储备,我国有机会在较短时间内攻克万瓦级SLAB CO2激光器核心设备。不过,研制EUV光源会面临三大技术难关:一是精密流量控制的气相锡靶;二是激光束照射方式;三是极紫外光收集镜制造和镀膜。SLAB CO2激光器性能优于轴快流激光器,中国有机会走一条“继承+创新”的技术路线,推出更先进的CO2激光器,再攻克更大功率的EUV光源,成为EUV光刻机全球供应链中关键一环。

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