解读国产光刻机困局（一）：极紫外EUV光源研发进度

青山绿水

2021-06-09 21:02·Jim博士

很多朋友非常关心一个问题：我们的国产高端光刻机到底什么时间会出来？

众所周知的一个事实是：荷兰ASML的极紫外EUV光源是高端光刻机最大的瓶颈之一，我们就先聊聊EUV光源的事情。看过我前面一条微头条的朋友大概了解，EUV光源的功率是高端光刻机的一个门槛，达到250W以上才能实现高的光刻精度。

由于国产EUV光源的报道一直扑朔迷离，我们就先看看我们的邻国日本的EUV技术现状，从技术演化的角度先窥探一二：

日本的Gigaphoton是全球主要的光刻机光源供应商，市场占有率一度高达51%(图1)。该公司2000年才成立，自2002年起便开始研究EUV技术(图2)。我们来看一下日本Gigaphoton公司的EUV开发里程碑式的时间节点：

图1：日本Gigaphoton公司 2018年度光刻机光源的市场份额达到51%（参考1）

图2：日本Gigaphoton公司的EUV开发历史：2002-2019年（参考2）

2004年 首次实现YGA激光激发液态Xe的LPP-EUV系统；

2006年 实现二氧化碳激光器激发液态锡粒的LPP-EUV系统；

2011年2月 实现收集效率达3.3%的EUV光源(5%是最低要求)；

2012年7月 实现收集效率达5.2%的EUV光源(5%是最低要求)；

2013年7月 首次实现可以稳定2小时的功率5W的EUV光源；

2013年9月 将EUV功率提升到20W（他们认为这是一次决定性的进展）；

2014年2月 将EUV功率提升到43W；

2014年6月 将EUV功率提升到92W；

2015年2月 将EUV功率提升到108W；

2016年7月 将EUV功率提升到250W；（参考2）

从这个时间节点来看，我们可以以2013年作为一个分水岭： 前10年主要解决的是基本原理、基本工艺、基础制造的部分，所以进展极其缓慢；后6年主要是优化系统性能，逐渐达到商用指标。那么2013年到底发生了什么爆发性的技术改进呢？

我们在Gigaphoton公开资料里看到，其中重点分析了EUV光源的四大攻关难点(图3)：

1，磁控去污染技术（约2010年获得稳定解决方案）

2，锡液体发生技术（约2006年获得初步解决方案）

3，激光预脉冲技术（约2012年获得初步解决方案）

4，高功率二氧化碳激光器系统（约2013年获得初步解决方案）

图3：日本Gigaphoton公司指出的EUV光源四大攻关难点(参考3)

图4：日本Gigaphoton公司指出的EUV光源2013年二氧化碳激光器系统成功实现20kW峰值功率(参考3)

我们可以发现，这些结果几乎与ASML（将在另一篇文章中详述）的研究完全一致。而2013年的这个核心进展就是：二氧化碳激光器系统成功突破20kW峰值功率（我们可以看到该工作是与日本另一家工业巨头三菱电机Mitsubishi Electroic Co.合作完成）。而我们从Gigaphoton公司的资料中可以明确地看到：二氧化碳激光器功率突破20kW是实现EUV关键技术的重要节点之一。

图5：日本Gigaphoton公司的EUV光源开发计划表（参考3）

让我们回到之前我们提到的国内进展，2020年11月26日公开的上海光学精密机械研究所关于LPP-EUV光刻光源关键技术研究项目的泵源及驱动系统采购的公示。其中明确提到采购目的是：

主要用于光纤材料、高功率元器件的考核筛选及方案验证。

图6：中科院上海光学精密机械研究所EUV光源研究项目采购公示（参考4）

我们很难从这句话里理解其开发进度。不过其中明确提到了采购项目：“2套6kW泵源及其驱动控制机柜”。

细心的网友可以从上海光机所的采购公示中看到：泵浦模块采用3+1泵浦合束方案。该方案正和Gigaphoton的激光器方案思路吻合（图7）。并且公示书特别指出：由于项目研制进度迫切，需要在1个月内完成采购产品的交付。也就是说，如果 一切采购程序正常，这些设备应该早已经到位了。

图7：日本Gigaphoton公司CO2激光器3+1泵浦结构图（参考3）

讲到这里，我想大家结合我前一篇微头条整理的相关资讯，对我们国家的EUV开发进度都会有自己的理解。期待能看到我们国家科技进步的更多好消息！