来源 |
知乎
作者 |
稗田椎菜、
俗不可耐、
Cypherpunk1984、
winningman
经过这几年媒体的科普大部分人已经知道 EUV
对先进制程很重要，但很少有人讲过为什么多重暴光这条路注定走不下去。
简单来讲虽然理想状态下多重暴光能够用更宽的光源做出和EUV同水平的pitch，但实际操作中由于各种公差导致多重暴光出来的pitch是不均匀分布的，这对前期设计和后期利用都提出了极高的要求。
(b)尽量少吸收EUV的反射式photomask；
(c)尽量少吸收EUV的photoresist，或者将photoresist 涂抹的足够薄的技术；
(d)反射镜会吸收一部分EUV并被损伤，这个过程会产生的颗粒并附着在 photomask上影响蚀刻的内容；
(e)纳米级别移动反射镜和wafer的机械控制等等；
光源目前基本上是 ASML 子公司 Cymer 一家独占，目前有希望能和 Cymer 竞争的也就只有日本 komatsu 的子公司 Gigaphoton（BTW 其实能生产光刻级别DUV
光源的也只有 Cymer 和 Gigaphoton 两家）。
当然，EUV 光刻机不仅仅是光源这么简单。由于EUV的特性，从光刻胶材料到涂光刻胶的手法，再到各种镜子/光路设计都是问题。
并且 ASML 的核心技术其实并非光源（毕竟光源是买的美国的Cymer的），核心是 wafer stage 的机械部分。
众所周知现代光刻机通常采用如图所示 wafer stage 和 mask 同时反方向移动的技术来增加移动速度。而另一方面相信稍微有所了解的人应该知道 EUV 是通过 CO2 激光照射液态金属锡的液滴来产生，属于一种 pulse laser。因此需要在光源闪烁的时，以纳米级别的精度对齐 wafer stage 以及 mask。这里面的机械部分才是最难的一点，甚至可以说是 ASML 的护城河也不为过。
就拿3400来说，那几个重要参数里，也就只有光源分辨率、光源功率和光源有关，剩下都是和量测、精密机电相关的feature。
直接关系到WPH的是机台的设计速度，以及sensor速度，不少人认为当年ASML是靠Immersion获胜，实际上早在Immersion之前，750凭借着Twinscan就已经开始从Nikon手里攻城略地了。
Twinscan不止是两个wafer stage而已，配套sensor平均每秒扫描上万次，wafer stage工作时加速度经常要达到5g（5倍重力加速度）以上。同时，Twinscan也还在不断改进，远的不讲还是说3400，3400B只有125WPH（20mJ/cm2），紧接着3400C就直接拉到了170WPH（20mJ/cm2）。
3400 wafer stage
3400 wafer stage
直接关系到光刻机CDU的是镜片uniformity，如果光源经过mask到镜片pattern就已经扭曲了，刻到wafer上也是一大片defect。
直接关系到光刻机overlay的是量测、机电的精度，如下图wafer map，重复打点的误差越小，套刻良率才会越高。荷兰出口管制中出现了DCO的要求，DCO更小的2000i就被限制了。量测系统和机电系统的精度上不去，上了EUV也是浪费。而上一段又提到过，必须尽可能提高速度才能保证产能，而精度又必须达到pm级，这就是典型的既要又要，速度精度缺一不可。
而 ASML 不光能够做到这一点，还能保证足够的生产速度。exe5000 能够做到 185wph，而旧款的 3800e 更是做到 220wph。根据 euv
光斑尺寸、晶圆尺寸以及每 die 所需要的 shot 数来计算的话 reticle 的加速度甚至接近一枚导弹，并能够保证误差不超过 1 nm/s（准确的说是 2nm/3s）。在这个数量级下甚至需要考虑光速，提前预留出 EUV 光从光源出发到落达 wafer
所需的时间。
除了光刻机台，还有很多在光刻以外的环节，比如前面提到的涂抹 photoresist 以及清洗 wafer 甚至包括在无尘环境中搬运 Wafer 的运送系统等环节基本都是被美日韩独占的状态。
能够生产用于EUV 光刻的 photomask 的厂家倒是很多，但主要还是大日本印刷（DMP）和凸版印刷两家。photomask 的原版（blanks）则是被 AGC 和 HOYA
两家独占。
还有 EUV 光刻用 photomask 的检查装置更是被 lasertec 一家垄断的状态。算上 DUV 光源的话 photomask 检查装置也就只有 lasertec 和 KLA
两家。
photoresist 的生产厂家里面也是以日系为主，尤其是 JSR 占大头，不过可喜可贺的是终于可以见到一个中国企业，沈阳中化勉强可以有个名头。
至于 EUV 用的 photoresist 涂布装置（developer），目前基本上是 TEL 一家独大。TEL 目前也参与对中国制裁，禁止出口特定型号到中国内地。
还有用于保护photomask 不被颗粒附着的保护层 pellicle 基本上都在用三井化学，ASML 也曾经发过新闻稿表示和三井化学达成合作。
总的来说，造出EUV光源，距离造出 EUV 光刻机来说仅仅是一小步。
我国前段时间报导的SSMB
（
稳态微聚束）光刻技术是一种什么技术呢？
目前人类能够实现的产生极紫外光的方式总共有四种：同步辐射光源、自由电子激光、电激发等离子体光源、激光激发等离子体光源。
ASML的EUV光刻机使用的光源便是第四种，使用高能二氧化碳激光轰击液态金属锡激发极紫外光，英文缩写为LPP-EUV。
但是如果能够跳出“光刻机是一台机器、一台设备”这样的固有思维局限，设想除了“一台设备”之外其他可能存在的形态，或者是除了光刻机之外其他能够实现雕刻晶圆功能的东西，那就能发现许多让人意想不到的方法，比如被人们称作“光刻厂”的SSMB-EUV。
利用同步辐射光源原理生产极紫外光用于芯片制造的思路并非清华首次提出，曾经的日本半导体产业、美国英特尔公司都曾提出过该设想，但都因为各种各样的原因未能走向实际。
此次清华提出的SSMB-EUV也并非普通的同步辐射光源，而是基于同步辐射光源技术，针对芯片制造需求重新设计的一种电子加速器光源系统，其基本原理与同步辐射光源相同，但具体的技术方案有很大的区别。
我国的SSMB技术在实现起来，有一定难度。需要解决以下的一些问题：
由于SSMB难度高，体积大，在使用过程中很有可能是单机台形式存在，芯片量产线最大忌讳之一：单机台（业内称为single tool，翻译过来好别扭啊）。
做过半导体工艺的人都知道，哪一道工艺是单机台，那这个厂总体量产的瓶颈往往就是由这个机台所决定的（但像炉管这种单机台吞吐量能力极大的工艺除外）。换句话说，如果哪个新foundry真是的不得已采用了某一道工艺单机台（比如因为制裁，买不到足够量的设备），就可以认为它产能是极其有限的，无法满足消费级芯片使用。
现在情况甚至比这还要严重。因为常规玩法只是造成了这个机台涉及的几个步骤的产能制约。现在一旦光源宕机，那用到这个光源的所有光刻步骤的产能都要被制约。
量产可行性的另一个方面，它需要具备无故障连续运行的能力足够高。
因为如果机台频繁宕机，达不到足够的生产效率也没有意义。
主动宕机是指，代工厂按照既定时间计划，每隔固定时间将机台停机，以更换一些消耗性的零件，专业术语叫做PM（Precise Maintenance）。类似于车辆的定期保养，ASML光刻机的PM周期差不多是星期到月这个水平。
被动宕机是指，机台发生了故障或者工艺能力漂移，造成了芯片电路良率风险，所以不得不停机检查故障来源。
当前ASML路线小型化的EUV光刻机，已经因为其部件众多、需精密维护而造成宕机频率不低了，而机台大型化，子模块数目成几何级倍数增长不可避免地造成PM周期变短且被动故障几率变高。这些都会让其宕机频率大大提高。
最后的局面就是，量产晶圆还排队在光刻这道等待机器恢复。
综上，至少在相当长的时间内，这套方案仅能够实现一些行业的EUV光源提供，如科研这种不计成本、可容忍低效率的行业。半导体这种极其讲究成本、效率与规模效应的产业，很难采用这个方案。
目前，中美贸易战进入到深水期，美国完全不可能凭一己之力完全垄断半导体行业，之所以能对中国产生“卡脖子”，是因为霸权。
也就是，美国有办法让日，韩，台，荷，德，有钱不能赚，损人不利己。如果我们把中美调换，美国面对这种制裁，它也顶不住的！
中美两家，创新美国强，生产中国牛。所以过去三十多年里，新技术利好的上半场在美国，下半场在中国。
中美博弈就是围绕着打击对方优势，补足己方劣势来的。中国在搞产业升级试图在上半场也能分一杯羹，美国在逼迫中国产业转移，试图让中国下半场利润降低。
尽管双方都很努力，但是总体趋势上来看还是东升西降。以芯片半导体行业为例，28nm的成熟制程是40年前搞出来的科技。中国其实也就是最近几年才真正意义上能够进行自产。
可以这么说，上一次互联网时代中美之间的差距是全方位的，甚至中日，中德之间都差距巨大！如果没有美国，能顶上引领互联网革命的绝对轮不到中国。因此，那个时期中国不仅仅只是芯片不行，电力也不行，管理制度也不行，工业标准化很差，机床都要进口，设计个电路板都做不好……
今天，中美之间的差距已经落在了我们能说得出来的几个关键领域，而且当之无愧世界第二，这就是巨大的进步。
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