中国迫切需要EUV光刻机和其他设备的突破

据悉，EUV光刻机作为最先进的半导体制造设备，最终是由光刻胶、掩膜板、镜组等部件的技术集体突破形成的。但最重要的是EUV名称中极紫外线的生成方法，即EUV光刻机的光源。

核心光源EUV光刻机机

EUV采用二氧化碳气体激光器BYW51-200，通过轰击液体锡形成等离子体，产生13.5nm的EUV光源，并传输到EUV光学系统，不同于传统的准分子激光直接产生的DUV光源。它是目前最成熟的EUV光源，使用激光等离子体（LPP）实现原则。

在现有的EUV光刻机路线图中，我们可以看到像ASML这样的厂商已经开始开发高NAEUV光刻机。这是因为R公式R=kλ在/NA中，进一步提高NA可以提高分辨率，而k是一个具有0.25理论极限值的工艺因素。那为什么不进一步降低EUV光源的波长呢？

降低光源波长确实是跨世代的核心突破之一，如365nmi-line到248nmKrFDUV，再到193nmArFDUV等。但是光源的波长并不那么容易减小。

你可以看看蔡司为EUV光刻机制造的光学镜组系统，里面有各种复杂的镜子。这是因为13.5nm的光源容易被各种材料吸收，所以需要在真空环境中建立这样的系统，即使是现在的13.5nm也可以通过不断的筛选来确定。

下一步，更大的功率

EUV不仅要解决波长问题，更重要的是，在ASMLPPEUV光源中，激光器需要达到20kW的功率，而这种发射功率只有350W左右才能达到焦点。

小功率并不意味着它不能正常工作，但对于这样一台价格上亿美元的机器来说，这种功率不足以最大限度地提高利用率，尤其是在3nm和2nm节点之后。预计3nm节点需要1500W的焦点功率，2nm节点需要2800W的焦点功率才能最大限度地提高扫描速度，克服随机效应的影响。而这种功率目前是LPPEUV无法实现的，EUV光源功率的增加迫在眉睫。

清华大学工程物理系唐传祥研究小组和合作小组提出了“稳定微聚束”的新型粒子加速器光源（SSMB）为了实现更大的平均功率，使未来的EUV光刻机能够向比13.5nm短的波长扩展，以验证EUV光刻机的光源。

根据论文中显示的数据，SSMB可实现EUV光输出，平均功率大于1kW，甚至可扩展到下一代，使用波长6xnm的Blue-x光刻或BEUV光刻。然而，SSMB光源在激光调制器、长脉冲注入系统和直线感应加速器方面存在巨大的技术挑战。如果你想使用像EUV这样的短波长波段，你仍然需要进行深入的研究。

除了SSMB，日本和其他国家也在研究使用能量回收直线加速器。（ERL）FEL（自由电子激光）方案具有较高的极限功率，最高可达10kWEUV光，更重要的是，该方案的碳足迹较低。根据日本高能加速器研究机构提供的数据，FEL可以实现近七分之一的LPP方案功耗。然而，像SSMB一样，这种光源也有许多技术困难需要突破，而且成本只会更高。

结语

虽然中国迫切需要EUV光刻机和其他设备的突破，但作为目前最复杂的半导体制造设备，我们需要从各种组件中找到突破，这样一台昂贵的机器只有在所有验收后才能制造出来。甚至ASML也在蔡司交付第一个EUV光学组件系统五年后制造了第一个原型EUV光刻机，实际批量生产也是七八年后。因此，我们必须寻求基础学科的研究和创新，并进行长期投资，以便我们有机会在弯道上超车。