■张志远

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。

认清光刻关键技术

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。

从技术层面看，Cymer公司采用的是激光等离子（LPP）技术路线，这一技术离不开泵浦激光器。泵浦激光器是德国TRUMPF公司专门量身定制的正方形折叠腔轴快流二氧化碳（CO2）激光器，它的原理是由高功率密度、高重频、波长10.6微米的激光束照射锡液滴（液相锡靶），光/热复合致锡原子电离，锡等离子体直接辐射波长13.5纳米、功率约250瓦的极紫外光。这是国际公认的最具工程实现价值的技术路线，其他如同步辐射、自由电子激光等方法距离规模化应用还差很远。

攻克EUV光源核心设备

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SLAB CO2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。

第二步，攻克EUV光源。目前，Cymer公司采用液相锡靶的LPP方案研制的EUV光源仅能输出约250瓦极紫外光，使ASML的EUV光刻机每天只能处理约200片晶圆，生产速度和效益较低，不能满足IC制造商有关日处理300~500片及以上晶圆的急迫要求。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。

关键成果及技术难点

CO2激光器作为EUV光刻机的核心部件，引发全球对气体激光技术的重新认知。这充分说明气体激光器是一类非常重要的激光器件。

CO2激光器已发展4代，而今标志性的SLAB气体激光技术是国际能量光器件制造商们追逐的技术高地。

德国Rofin公司是全球第一家拥有SLAB专利技术体系、能够生产千瓦级以上SLAB激光器件的企业。美国Coherent公司2016年出资9.34亿美元收购了Rofin，获得梦寐以求的SLAB技术。

目前，我国是国际上第二家独立拥有SLAB专利技术体系、能够生产千瓦级以上SLAB激光器件的国家，并创新性研发了“板条放电预电离横向激励大气压激光器”，为打造具有国际竞争力的尖端气体激光器产品、跻身高端光刻机全球产业链奠定了知识产权和产业化基础。

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。

（作者系北京礴德恒激光科技有限公司总工程师）