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终于来到系列的完结篇。这一期的主题是EUV光刻技术，想必很多人对这个话题都非常感兴趣。一提到EUV，就不能不提ASML，当然还要提被人遗忘的Nikon（尼康：快看看劳资！）

大家总是会把EUV和先进工艺联系到一起去。最近被热炒的清华大学SSMB，仿佛一时间我们超越ASML，吊打台积电指日可待。但是事实的真相到底是什么呢？且听我娓娓道来。

1  EUV和EUV光刻机

什么是EUV？承认一个很难堪的事实，大家都知道EUV光刻机好，但是恐怕有三分之一的人，不知道EUV是什么东西......

EUV（极紫外光，extreme ultra violet），是指电磁波谱中波长从121nm到10nm的电磁辐射，太阳和人造的等离子都可以产生EUV。

介绍完EUV，那什么是EUV光刻机呢？

EUV光刻机是指使用波长为13.5nm的极紫外光完成曝光的光刻机。目前能量产光刻机的供应商仅有ASML一家（Nikon并未量产，原型机叫EUV1）

为什么要用EUV光刻机？DUV不能用吗？

这个问题问的非常有水平，DUV光刻机用了这么多年，为啥得要用EUV光刻机呢？答案很简单，随着集成电路器件尺寸的不断缩小，DUV的分辨率已经无法满足我们的需求。

根据瑞利判据：resolution＝k₁·λ/NA

k₁ ：工艺因子，是一个常数。与光照条件、掩模的设计以及光刻胶的工艺等多种因素有关。批量生产一般要求k₁＞0.30，k₁绝不能＜0.25！λ：光的波长，高中物理、大学物理都讲过NA：光刻机的数值孔径，与镜子尺寸成正相关

要想缩小特征尺寸，要么减小波长，要么提高数值孔径。在EUV量产之前，DUV光源的波长从365nm到248nm，再到193nm，再到193nm浸润式（增加折射率，提高NA），配合双重光刻技术，一直将logic的器件尺寸推进到10nm级（例如Intel 10nm，台积电7nm，SMIC N+2）

但是在这之后，就需要用到EUV光刻机了。13.5nm只有193nm的十几分之一，可以极大提高光刻机的分辨率。换言之，同样的图形用EUV去曝光，工艺因子k₁要比DUV的大。而k₁越大，生产就越容易。

说个冷知识，上世纪80年代，EUV光刻技术就已投入研发，最初打算在130nm工艺用到它。但就和GTA6一样，EUV光刻机一直跳票（叹气）

一直到2019年（麒麟990 5G，台积电N7+工艺），才姗姗来迟，时间已经过去了三十多年。

2  EUV光刻机的反射镜

由于绝大部分的光学材料对于13.5nm波长的极紫外光都有很强的吸收作用，所以EUV光刻机是别想着用透镜系统了，只能用反射镜。光源产生的光经过反射镜多次反射，投射在掩模上（EUV掩模也是反射式的），再被反射到晶圆表面。

EUV反射镜表面镀有Mo/Si多层膜结构，在Mo/Si最外层还有一层Ru，起到保护作用。Mo与Si的厚度不同，主要是考虑到这两种材料的反射系数不同。通过一定的厚度设计，可以实现光的相长干涉，从而达到最大的反射率。

实验结果证明，反射率最大值大约为70%。图示的光学系统由6个反射镜组成，因此透光率就只有0.7的6次方，大概是11.76%。增加反射镜的数目，可以提高光刻机的NA；但是相应的，透光率也要大打折扣。

为了满足0.5NA和0.75NA EUV光刻机的需求（现在的NA为0.33），ASML势必要在光源上下功夫，提升光源的输出功率。

光刻机的镜头和我们用的手机镜头或者相机镜头一样，需要定期擦一擦，保证良好的状态。虽然说光刻机的镜头是在真空环境下工作，但是光刻机内部不可能是绝对的真空，可能残留有水分和碳氢化合物。水能氧化Mo/Si膜，碳氢化合物会沉积在镜头表面形成碳膜。会导致反射率大幅降低，严重威胁到光刻机的使用寿命。

不过光刻机的镜组，可不能用袖子或者擦镜布去清洁（算了反正你们也碰不到）

要用化学方法清洗。比如说浓硫与双氧水的混合液（SPM），含有臭氧的水或者含有臭氧的双氧水溶液。

3  EUV光刻机的光源

目前EUV的光源主要有两种，分别是用放电产生的等离子体发射EUV（discharge-produced plasma，DPP）和用激光激发的等离子体来发射EUV（laser-produced plasma，LPP）

以LPP为例，使用激光照射材（Xe或者Sn）料激发等离子体，产生EUV。

Xe的缺点是转换效率低，只有1%左右。也就是说输入的能量只有1%产生13.5nm的EUV，其余的能量不是产生其他的波长的光（杂波），就是变成热能。

（转换效率，conversion efficiency，CE，定义为在13.5nm附近2%带宽内输出的能量与总能量的比值）

Xe效率低，且发热大，不能满足量产需求。因此目前的EUV多采用Sn作为工作材料。当然Li或许也能产生EUV，详情见论文如下。

4  谈谈清华SSMB

最近一段时间，大家对于半导体行业的关注度可以说是史无前例的高。为麒麟回归摇旗呐喊者有之，盯着股票涨跌死死不放者有之，认为我们弯道超车超美赶荷指日可待者亦有之。

去年八月最热门的话题当然是麒麟9000S，而后清华SSMB又冲上热搜。

先亮明态度，我非常支持清华大学建设SSMB试验装置，任何涉及到基础科学的试验装置，我都无条件支持。

我本人也比较关注大科学装置，阅读过权威机构组织编写的科普书籍。我推荐大家也去阅读这几本书，看完之后受益匪浅。

但是一个加速器光源，就能用来生产3nm芯片了么？不由得让人多问几个为什么。

母校的一位恩师和我说过，d s的情绪是最廉价的火焰。为什么前几年我们的DUV被人卡着脖子，这么快我们的EUV就能打爆ASML？为什么前两年长春光机所的EUV一直传说在测试即将交付，而今天大家对它已经不闻不问？（变心这么快？）

网传的几张截图，内容是否属实？清华的SSMB，是否就是光刻工厂？SSMB科学装置，是否能够分出不同光束，来生产3/5/7/14/28nm的芯片？

咱别看微博吹的怎么震天响，咱来看看学术论坛的视频，或者直接上论文。很遗憾，论文全篇没有找到光刻厂三个字。（废话，一个光源与光刻厂中间差了不知道多少）

SSMB，稳态微聚束。SSMB光源的原理，是储存环中的聚束系统，即微波射频腔，用激光调制系统取代。让激光对电子束产生与射频腔中的微波类似的能量调制，从而实现传统射频腔对电子束的纵向聚焦(聚束)功能。

SSMB光源最大的优点在于功率极大，可以做到kW级。然后是转换效率高，杂波相对于LPP而言更少。

在论文的结尾，作者也没有说SSMB能吊打ASML。只是说“有望实现跨越式发展，可用于物理、化学、能源、环境等学科的前沿基础研究与应用基础研究。”

而且光刻机除了光源，还有镜组，控制系统，温控系统，双工件台。

有的人说我们搞的光刻机和国外的不一样，可再怎么不一样，光刻也不是有光就行的。好比德国汽车很强，我们造电动车。哪怕电动车与燃油车结构千差万别，电动车也不是只包含高能电池，它依然需要其他的配套系统。从毛笔换到钢笔，墨水也得换啊，这么简单的道理对吧？

那光刻之后呢，还有许多刻蚀设备，缺陷检测设备，封装测试设备等等等等。光刻机后面那么长的流程，全都是与当前光刻机适配的；如果把光刻机大改，后面的机器能不能兼容是个问题。就好像我们单位配的是新的显示器，但是依旧用着VGA连接电脑一样。

有种吕布骑🐶的感觉。

至于另一些截图里面，光刻厂分出不同的光，用于不同的工艺；甚至说我们无法在5米内达到精度，那么就让光多跑几千米，总能达到所要求的精确度。还有说我们是换道超车，功率大，大大不了就是损耗快一点而已，

我看到以后真的是血压急剧升高，谢谢各位小作文的作者体谅我的身体，知道我有遗传性的低血压（我血压只有60/90）还特意帮我治疗。

首先说第一点，分出不同的光这一点就很不现实。EUV光刻机里一束光+六片镜子都玩不明白，还打算同时分出几十上百束不同波长的光？？？

而且SSMB产生的是13.5nm波长的光啊！！！从哪分出那么多光的？就算把13.5nm波长分成几束，拿EUV去做28/14nm，难道不是浪费吗？人家1000台机器，1000束光，全部拿来生产5/3nm；你一台机器，1000束光，一部分拿来产3nm，一部分拿来产7nm ，还有的拿来产14/28nm。经济效益远不如人的，毕竟5nm的报价比14nm高多了。而半导体行业和原子弹不一样，需要成本合适且良率高。

第二点，5米内要求精度达到几nm，我们做不到；难道让光多跑5000米，再达到几纳米更简单么？？？

第三点，我非常讨厌弯道超车、换道超车这种说法。哪有捷径可走？唯有博观约取，厚积薄发。无数人的努力，无数个日日夜夜，不能被弯道超车这几个字所带过。（大学期间写论文到崩溃，MS材料计算算到吐，找个没人地方嚎啕大哭，怎么没人和我说弯道超车）

更何况大功率的EUV光源是未来的发展方向呀，怎么能说是换道超车呢？应该说是我们提前布局未来。ASML未来也要提高光源功率的，还是一条赛道。

按照某些截图的说法，我们造不出国外那种EUV，所以就换道超车。这就好像我国在新能源领域遥遥领先，假设某国无法超越，所以选择做核聚变技术。然后他们的媒体就开始宣传：我们造不出电动车，所以我们造核能车，我们换赛道了；我们不做核电站跟光伏，我们做核聚变电站，遥遥领先！

到底现实不现实，各位读者自行把关。还有那句“不就是损耗快一点”，ASML为啥要费大力气研发反射镜清洗系统，就是避免换镜头啊！一个镜头多少钱？这可不是单反镜头，是直径40，长一米多的镜头！老是换元器件，最后的成本就会反馈在芯片的价格上。

5  我的想法

大家关心芯片，关心光刻机是好事。我希望这不是一阵风，而是长久的氛围，能够让全民参与科普知识的学习，是一件好事。

但是现在网络环境浮躁，少有人能静下心来看看书。可是短视频平台的科普，质量良莠不齐……有时候真的好无奈。

就拿SSMB来说，明明是布局未来的一项大科学装置，在小作文里被传播成了换赛道的光刻工厂；明明SSMB光源可以用于物理、化学、材料、环境多领域的研究，可是有些人就盯着光刻芯片这个点不放……

我相当支持清华建设SSMB项目，我也很看好它，但是我不认为短期内SSMB能够商用。远水解不了近渴，希望大家明白这一点。可控核聚变是好，但是现阶段还是要老老实实做核电与太阳能。SSMB就像可控核聚变，现阶段的光刻机就像核能与太阳能等新能源。道理很简单，稍微思考一下即可。

可能等到SSMB EUV商用，国外的hyperNA EUV也交货了。到时候逐鹿群雄，才是看热闹的时候，不能现在开香槟。（想想前些年高通、德州仪器、Nvidia、猎户座轮番登场的时候，是不是很有意思）

我希望自己未来有一天能去清华大学工程物理系读书，因为清华的工程物理是全国最好的，只不过这个愿望永远实现不了。但是我也会在未来备战考研，考回母校的教研室。

P.S. 今天在朋友圈看到一位前辈发了ACS的Inorganic Chemistry，突然觉得自己和人家差距好大

希望自己以后也能发一些有意义的论文，给专业建设添砖加瓦。

全文完结，感谢各位的阅读~