中國(guó)突破了光刻機(jī)技術(shù)限制？

2024年的12月30日，哈工大曝光稱其學(xué)校的趙永蓬教授團(tuán)隊(duì)成功完成了：“放電等離子體13.5納米的極紫外光刻光源”項(xiàng)目，并獲得了“2024黑龍江省高校和科研院所職工科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化大賽”一等獎(jiǎng)。

（相關(guān)報(bào)道截圖）

該消息曝光之后引發(fā)了很多人的關(guān)注。因?yàn)?strong>在光刻機(jī)領(lǐng)域，最高端的光刻機(jī)是EUV光刻機(jī)（極紫外線光刻機(jī)）。在EUV光刻機(jī)中，最難的部分是光源。

而當(dāng)前中國(guó)正是因?yàn)闊o(wú)法造出EUV光刻機(jī)，所以在光刻機(jī)領(lǐng)域被西方卡了脖子。現(xiàn)在哈工大完成了“放電等離子體極紫外光刻光源”，是不是說(shuō)明中國(guó)距離突破光刻機(jī)封鎖已經(jīng)不遠(yuǎn)了？

（生產(chǎn)芯片）

對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)上關(guān)于哈工大曝光這項(xiàng)技術(shù)成果后，鋪天蓋地的“中國(guó)突破光刻機(jī)技術(shù)封鎖”的呼聲，只能說(shuō)這是“新聞學(xué)魅力時(shí)刻”。

因?yàn)椤?024黑龍江省高校和科研院所職工科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化大賽”這個(gè)比賽，看名字就知道只是省一級(jí)的科技大賽。

如果哈工大的這項(xiàng)技術(shù)真的能幫助中國(guó)突破西方的光刻機(jī)封鎖，那相當(dāng)于全國(guó)這么多人才都在做卻還沒(méi)有做到的事情，被哈工大完成了，那哈工大就該獲得中國(guó)最有含金量的“國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)”才對(duì)，而不是一個(gè)省級(jí)比賽的一等獎(jiǎng)。

在技術(shù)水平上，哈工大的“放電等離子體極紫外光刻光源”只能說(shuō)屬于實(shí)驗(yàn)室水準(zhǔn)，距離造出光刻機(jī)商用還有很大的距離。

（生產(chǎn)芯片）

要解釋這個(gè)問(wèn)題，我們首先需要了解一下EUV光刻機(jī)的一些技術(shù)問(wèn)題。

在當(dāng)前的EUV光刻機(jī)技術(shù)上，存在兩種光刻機(jī)技術(shù)路線。一種是DPP方案（放電產(chǎn)生等離子體），一種是LPP方案（激光產(chǎn)生等離子體）。

當(dāng)前全球唯一一家能生產(chǎn)EUV光刻機(jī)，壟斷了全球高端光刻機(jī)市場(chǎng)的公司——荷蘭ASML公司，采用的就是LPP方案。

（ASML公司生產(chǎn)的光刻機(jī)）

哈工大的這個(gè)“放電等離子體極紫外光刻光源”，從名字上就能看出它走的是DPP方案。

DPP方案最大的一個(gè)問(wèn)題就是光源的焦點(diǎn)功率不足。

光刻機(jī)的光源是用來(lái)燒石頭（單晶硅）的，功率不足自然就燒不動(dòng)，也就沒(méi)法蝕刻出芯片。

當(dāng)前荷蘭ASML造的EUV光刻機(jī)，其光源焦點(diǎn)功率為250瓦~500瓦，而DPP方案當(dāng)前能提供的最大功率為20瓦（2024年成果）。

（EUV光刻機(jī)光源概念圖）

也就是說(shuō)，以當(dāng)前的技術(shù)水平，DPP方案要想達(dá)到能商用的水平，其功率至少還要提升10倍左右，至少達(dá)到200瓦的水平。

并且DPP方案的光源功率達(dá)到20瓦也不是中國(guó)完成的，是一家美國(guó)單位，詳情請(qǐng)見(jiàn)SPIE數(shù)字圖書館論文《Next-generation DPP EUV light source to support the HVM lithography ecosystem》（2024年光掩模技術(shù)會(huì)議錄第13216卷，id：132162O）。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)于DPP方案的研究，技術(shù)水平最高的是上海大學(xué)，其在2024年時(shí)能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)達(dá)到5瓦的光源功率，詳情請(qǐng)見(jiàn)SPIE論文《Measurement of 13.5nm 2%BW in-band EUV power based on HCT-DPP source》（第13241號(hào)會(huì)議45號(hào)文件）。

也就是說(shuō)，在當(dāng)前的EUV光刻機(jī)領(lǐng)域，全球的DPP方案研究進(jìn)度都不行，而我國(guó)在DPP方案上也不算世界領(lǐng)先水平，至少在2024年的時(shí)候還是如此。

（用EUV光刻機(jī)生產(chǎn)出來(lái)的芯片）

中國(guó)還有多久能造EVU光刻機(jī)？

那么當(dāng)前中國(guó)距離造出EUV光刻機(jī)還有多久呢？按照當(dāng)前的進(jìn)度，一切順利的話在2035年之前我們大概能看到國(guó)產(chǎn)EVU光刻機(jī)落地。

需要明確的是，因?yàn)閷＠南拗疲?dāng)前中國(guó)走DPP方案的EUV光刻機(jī)研究，是要比走LPP方案容易的。

（EUV光刻機(jī)）

雖然當(dāng)前DPP方案還無(wú)法商用，暫且無(wú)法用在EUV光刻機(jī)身上，但DPP方案技術(shù)是會(huì)進(jìn)步的。

我們上邊提到的這家美國(guó)單位當(dāng)前能用EUV光刻機(jī)實(shí)現(xiàn)20瓦的光源功率，它們下一步的計(jì)劃是實(shí)現(xiàn)40瓦的光源功率。

而中國(guó)國(guó)內(nèi)的DPP方案技術(shù)也在不斷進(jìn)步，光源功率也是越來(lái)越大的。

這就說(shuō)明當(dāng)前DPP方案還無(wú)法商用，但不代表未來(lái)不行。所以一切順利的話，2035年之前中國(guó)和美國(guó)應(yīng)該就能實(shí)現(xiàn)DPP方案的200瓦光源功率，也就是能用DPP方案造光刻機(jī)。

（對(duì)13.5納米光源進(jìn)行篩選）

大眾對(duì)光刻機(jī)的誤解

事實(shí)上對(duì)于光刻機(jī)，有很多人有非常大的誤解。

首先是很多人默認(rèn)有一個(gè)“西方國(guó)家”能造出EUV光刻機(jī)。但實(shí)際上當(dāng)前全球還沒(méi)有一個(gè)國(guó)家能單獨(dú)造出EUV光刻機(jī)。

（ASML公司生產(chǎn)的EUV光刻機(jī)）

因?yàn)檫@玩意需要10萬(wàn)個(gè)零部件，供應(yīng)商達(dá)到了5000多家。荷蘭ASML能造出EUV光刻機(jī)是因?yàn)橛姓麄€(gè)歐洲和北美在為它提供核心設(shè)備。

很多國(guó)人理解的“國(guó)產(chǎn)EUV光刻機(jī)”是核心零部件全部國(guó)產(chǎn)，這意味著中國(guó)造EUV光刻機(jī)的難度本身就遠(yuǎn)高于荷蘭ASML公司造EUV光刻機(jī)。

其次是EUV光刻機(jī)代表著光刻機(jī)的最高技術(shù)，但這玩意的商業(yè)價(jià)值其實(shí)沒(méi)有很多人想象的那么高。

在當(dāng)前的芯片市場(chǎng)中，用EUV光刻機(jī)造出來(lái)的芯片只占據(jù)了8%左右的芯片市場(chǎng)。

絕大多數(shù)芯片還是14納米、28納米制程的“低端芯片”。

而中國(guó)在“EUV光刻機(jī)芯片”市場(chǎng)中不具備競(jìng)爭(zhēng)力，但在“低端芯片”市場(chǎng)中可以說(shuō)是殺瘋了。

在55納米以上制程的芯片，中國(guó)的市場(chǎng)占有率差不多達(dá)到了80%，處于絕對(duì)的壟斷地位。

在14~28納米制程的芯片，中國(guó)的市場(chǎng)占有率在20~30%左右，也不算小了。

只有7納米以下制程的芯片，中國(guó)因?yàn)镋VU光刻機(jī)的限制，還沒(méi)有把手伸進(jìn)去。

所以當(dāng)前中國(guó)只能說(shuō)是一個(gè)“高端芯片弱國(guó)”，而非是很多人理解的我國(guó)在所有芯片產(chǎn)業(yè)中都不如人。

最后是EUV光刻機(jī)的路線選擇問(wèn)題。中國(guó)研發(fā)DPP方案，除了繞開(kāi)荷蘭ASML公司的專利限制外，還因?yàn)镈PP方案相較于LPP方案有很多的獨(dú)到優(yōu)勢(shì)。

（生產(chǎn)芯片）

這些優(yōu)勢(shì)包括光源穩(wěn)定、對(duì)清潔度要求低，以及成本更低等方面。

但相應(yīng)的，搞DPP方案也意味著更高的技術(shù)門檻。

有學(xué)者估計(jì)，如果DPP方案的EUV光刻機(jī)最后能做成，它的零部件數(shù)量可能在荷蘭ASML光刻機(jī)的基礎(chǔ)上還要翻好幾倍。

所以我國(guó)研發(fā)DPP方案的EUV光刻機(jī)，還任重而道遠(yuǎn)。

信息來(lái)源： 【1】環(huán)球網(wǎng)·《借力龐大國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，中國(guó)芯片有底氣突破“美日荷封鎖”！》 【2】《支持HVM光刻生態(tài)系統(tǒng)的下一代DPP EUV光源》 【3】《基于HCT-DPP光源的13.5nm 2%帶寬帶內(nèi)EUV功率測(cè)量》