路透社称中国已制造出 EUV 光刻机。深度审视中国芯片产业。近日，路透社“爆料”中国所谓“曼哈顿计划”，称中国科学家在深圳建造了美国觊觎多年的极紫外（EUV）光刻机原型机。中国没有官方信息证实这一“披露”，这可能是真的，也可能不是。值得注意的是，西方媒体的报道揭示了西方对中国在高端光刻设备领域取得突破的焦虑。环球网对此评论称，随着中国科技的发展，路透社不必担心。 EUV光刻机被西方国家称为先进技术的“最后堡垒”。目前，世界上只有荷兰ASML公司可以生产。 EUV光刻机一直受美国“控制”，只能卖给美国的盟友。结果，中国不没有一台EUV光刻机，只能生产7nm芯片，比主流3nm芯片落后两代。中国正在努力摆脱受制于人的局面，光刻机“国产化”进程不断加速。事实上，外媒没有必要“捕风捉影”。工信部官网相继公布了多款国产光刻机的技术参数，展现出清晰的技术路线。当谈到EUV光刻机时，中国人有一个经典问题——造氢弹和造EUV光刻机哪个更难？虽然这个问题需要详细的技术解释，但其背后的想法非常乐观——即使它比氢弹更困难，有一天我们也会建造它。当然，我们的目标不是创造一个技术孤岛。如果我们能够更深入地整合和装备融入全球经济科技创新网络，实现共享、共赢、共同发展。然而，既然要自力更生，那么打造EUV光刻机必须克服哪些困难呢？让我们来看看如何“手擦”EUV 光刻机。精密光刻。目前主流的光刻机采用光学投影光刻。其工作原理俗称“萝卜雕刻”，但雕刻的不是萝卜，而是硅片（也称硅片）。图为硅片实际工作时，硅片表面会覆盖一层光刻胶。紫外线等光通过掩模（刻有电路图案的板）照射到硅晶片的表面。光刻胶将发生反应并将掩模图案复制到硅晶圆上。之后，洗去光刻胶，即可得到半导体器件。建立在硅晶圆的顶部。半导体技术的升级，主要取决于晶体管的沟道长度能否进一步缩短，从7nm、5nm，再到3nm。如果想让晶体管变得越来越小，就需要越来越精确的光刻技术。在光刻技术中，主要的难点在于“光学设计”。第一个困难是衍射极限。为了使光刻的光刻越来越精确，必须提高分辨率。要提高分辨率，要么减小光源的波长，要么增大数值孔径——这两种方法都非常困难。过去，DUV（深紫外）光刻机使用波长为193nm的深紫外光。现在EUV光刻机的光源波长为13.5nm。这个波长需要非常高强度的技术才能实现。 ASML官方宣传视频展现了令人惊讶的时刻：锡金属熔化形成液滴直径只有20微米，并且它们在真空环境中自由落体。在下落的过程中，首先是193nm的深紫外光将锡滴变成了云，然后功率高达20kW的二氧化碳激光再次击中它，激发了EUV。 ASML的EUV（极紫外）光刻机的光源需要准确地击中自由落体的金属液滴。难度就像用乒乓球击打空中的飞虫一样（虽然有些国乒球员应该能做到，但当国乒球员已经是世界上难度最高的了），或者两倍。而且，激发产生的光寿命很短，因此每秒必须激发约50,000次。此外，生产20kW以下的二氧化碳激光器也相当困难，所需电源达到200kW。如此高功率的光激发出的强烈紫外线有多强？右对于210W，效率仅为5.5%。这是技术迭代后达到的最高水平。要知道初始发光效率只有0.8%。增加数值孔径的方法是改变环境的折射率。折射率越大，数值孔径越大。 ASML的上一代LOW NA EUV光刻机的数值孔径为0.33。最新型号高NA EUV光刻机，数值孔径0.55。 DUV光刻机的重大突破是台湾人林本健提出的193nm浸没式光刻概念。水在 157 nm 处是不透明液体，但在 193 nm 处几乎完全透明。同时，水在193nm处的折射率高达1.44。相比于真空介质下的分辨率只能达到65nm，浸泡在超纯水介质中的光刻机理论上可以达到22nm以上的分辨率，但仍然较低。图为林本健。除了水之外，人们还在寻找折射率更大的液体。但这类液体有非常严格的要求：无光阻反应、高透光率、高折射率、稳定性等。目前正在开发的第二代浸液的折射率为1.64。关键是将整个光学系统浸入水或液体中。必须处理一系列问题——如何填充浸没液、是否会污染镜头、光刻胶在液体中是否稳定、是否会形成气泡、如何保证液体的高纯度等。成像光学设计的第二大难点是精确成像。精确成像实际上就是控制像差。像差就像手机镜头上的理想图像与实际图像之间的差异。像差控制需要使用大量的镜头，例如DUV光刻机帽子需要 29 个镜片。对于EUV光刻机来说，无法使用DUV传输系统，因为EUV的波长太短，容易被其他物质吸收。甚至空气也能吸收它的能量。因此，整个光刻室必须处于真空状态，以减少损失。 EUV光刻机的全反射投影系统采用钼/硅镜。该玻璃镀有 40 层交替的钼和硅薄膜，使每个原子都处于“正确”的位置。它不仅可以提高EUV的反射率，还可以吸收其他无用的光。这个反射镜的光滑程度可以说是宇宙中最光滑的人造结构——如果把反射镜放大到地球的大小，它上面只会有一个大约人类头发直径的突起。即使EUV极紫外光刻机镜头上的镀膜水平令人印象深刻，每个镜头仍然具有30%的吸收率EUV 的 te。整个反射系统需要11个反射镜，只留下光刻芯片实际使用的光强度的2%。除了光学方面最明显的技术难点之外，制作一台EUV光刻机还有很多常人无法想象的困难。例如，高分辨率光刻胶的制备、如何精确控制锡微流控的尺寸和流量、如何解决冷却系统振动带来的精度扰动等。EUV光刻机非常大，大约与双层巴士大小相同。 2023 年，英特尔收到了世界上第一台高数值孔径 EUV 光刻机，以 250 个单独的集装箱装运。紧随尺寸而来的是它的工作环境，特别恶劣。光刻需要极其无尘的环境——每立方米空气中颗粒物不超过10个，颗粒尺寸小于0.5微米。车间需清理30万立方米每小时 c 米空气。 ASML的极紫外光刻机进行户外光刻所需的功率也“可怕”。 EUV每天24小时工作，消耗30,000千瓦时的电力。台湾媒体为台积电做了一个计算：由于EUV光源的能量转换效率只有0.02%左右，一台输出功率仅为250W的EUV光刻机实际上需要12.5万千瓦的电力，功耗是DUV光刻机的10倍以上。因此，EUV 每年可消耗 1000 万千瓦时的电力。同时，由于EUV光源的能量转化率为0.02%，另外99.98%的电能会转化为热量而损失掉，这就需要大量的设备来冷却散热，消耗额外的电能。台积电2021年的用电量足以满足深圳居民一年的用电量。技术是关键人类的共同财富。如果我们能够克服上述“地狱模式”的困难，开发出原型机，需要多少年才能量产？美国假设是10年，但ASML的经验是7年。中国的制造速度通常是其他国家的一半，但这只是猜测。这种猜测的依据在于，中国的技术基础、制造基础、人才基础、产业链基础足以抵御任何技术瓶颈。 “科技是全人类的共同财富”，也应该为世界人民谋福祉。封锁策略只能损害全球科技产业和世界人民的利益。尤其是中间的阿斯麦。其最新型号高NA EUV光刻机可生产2nm和1.4nm芯片，成本达4亿美元。只有英特尔和三星订购了 5 台，而台积电则已订购了 5 台。oe不想买，说旧款也有。如果新产品销量太少，研究成本无法回收和开发，未来如何创造新产品？正如一些评论者所想的那样，“如果我解耦、断开链接，我可以从低端走向高端，你能从高端走向高端吗？”英伟达的AI芯片H200此前也曾被封杀。美国政府的政策在变化，有时允许销售，有时禁止销售，最后又允许了，这就证明这种损人不利己的策略并不受欢迎，根本无法维持。 Nvidia H200芯片 此外，今年9月，中芯国际已经测试了DUV光刻机。其主要零部件均在当地生产，但部分零部件仍需进口。该公司目前正致力于完全独立生产。新的 DUV 设备通常需要一年的连续校准才能达到量产所需的稳定性和良率。这款28nm光刻机可以生产7nm芯片，理论上也可以生产5nm芯片。无论是光刻机还是芯片，最理想的状态是中外企业开放合作，真正分享科技进步的红利，而不是打压、偷窥、担忧，与“全球化”隔绝。作者 |编辑荣智慧|主编向贤值班|张来排版|阿彻
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