18年前，又一个光刻机的故事学术资讯

这两年，因为川普时代美国在芯片领域卡我脖子，一度小众的光刻机成为全国皆知的大杀器。正儿八经在科研上研究过半导体的悟理哥，也曾写过一篇文章《光刻机界的“独孤求败”是怎样炼成的》（点击阅读）来进行科普和概念澄清，比如光刻机的光源波长不等于分辨率，分辨率又跟集成电路工艺尺寸不是一个概念，等等。

最近因为工作需要，悟理哥在学习整理一些资料，蓦然发现大约在2002-2003年间，我国，确切的说是中科院上海光机所王之江院士，就极富前瞻性的呼吁，我国要尽快开展极紫外光刻技术（EUVL）研究了。

这个18年前的故事是这样的。

1. 光刻机之芯

光刻机的激光光源，是光刻机的核心系统，决定了光刻机的性能指标。根据光学定律，光刻机所用光源波长越短，分辨率越高，也就是能够做出更加精细的结构。

半个多世纪以来，从光刻机诞生至今，主要经历了5代的历程（图）。目前所用的极紫外光刻技术所用的就是波长11-14纳米（nm）的软X射线。

悟理哥说过，光刻机的分辨率并不等同于集成电路的工艺尺寸。目前，最先进的荷兰阿斯麦（ASML）公司的极紫外光刻机（EUVL），采用的光源波长是13.5纳米的极紫外光，光刻机分辨率为38纳米，但是利用这台光刻机可以实现7纳米、5纳米等集成电路工艺。通常说的台积电或者中芯国际7纳米或者5纳米工艺，指的是集成电路工艺水平，不是光刻机的分辨率。

2. 王之江的建议

2003年前后，中国科学院上海光学精密机械研究所王之江院士指出，根据当时光刻技术的发展形势，EUVL将是大批量生产特征尺寸为70纳米及更细线宽集成电路的主流技术——这是一个关系到科技树走向的重要判断。

当时，国外EUVL方面的研究进展很快。2002年3月美国桑地亚国家实验室宣布，它们研制的EUVL工程测试样机己完成性能测试；欧盟计划于2003年末或2004年初研制成功EUVL原型样机；而我国当时还没有充分意识到EUV的重要性，科研界主要精力还在跟踪式创新，搞的是波长为193纳米的ArF准分子激光，而不是波长更短、更超前的EUV。

为了能够在未来的光刻设备市场上具有一定的竞争力，王之江建议，我国应该尽快开展EUVL的研究，避免搞出来的东西就是落伍的东西。他建议根据当时的财力和技术条件，选择其中的几个关键技术进行攻关，通过5年左右时间的努力，在EUVL成为半导体光刻技术的主流时，使我国在EUVL方面有某几种单元技术具备相当的国际竞争力。

具体建议是，至少选择如下几个关键技术进行攻关：

1)EUVL光源研究。我国在激光等离子物理研究方面具有坚实的基础，通过进一步的工程化研究可以获得EUVL所需要的光源。

2)全反射式离轴非球面缩倍投影光刻物镜研究。与目前的光学光刻不同，对极紫外光已无透射材料，因为在该波段所有材料的折射率都接近于1，必须采用反射式光学系统。

3)高精度离轴非球面反射镜加工、检测技术研究。EUVL光学系统中的反射面要求具有接近理想的面形和亚纳米量级的表面粗糙度。

4)极紫外多层高反射率光学薄膜制备技术研究。EUVL的反射式光学系统的反射面必须在镀制了高反射率光学薄膜后才能正常工作，反射率越高，则生产效率越高。

3. 王之江是谁

王之江，物理学家。江苏常州人，1930年11月生。1952年毕业于大连工学院物理系。中国科学院上海光学精密机械研究所研究员。

光学设计方面，发展了象差理论和象质评价理论，形成了新的理论体系，完成了大批光学系统设计（如照相物镜系统、平面光栅单色仪、长工作距反射显微镜、非球面特大视场目镜、105#大型电影经纬仪物镜等）。

在激光科学技术方面，领导研制成中国第一台激光器，并在技术和原理上有所创新。70年代领导完成了高能量、高亮度钕玻璃激光系统。在这项工作中解决了一系列理论、技术及工艺问题。关于某些激光重大应用对亮度要求的判断，使工作避免了盲目性，对于中国激光科学技术起了积极作用。倡议和具体领导了中国“七五”攻关中激光浓缩铀项目。对中国光信息处理和光计算起了倡导作用。

1991当选为中国科学院院士（学部委员）。

4. 几点感想

1）中国还是有很多远见卓识的牛人的。前一段时间悟理哥在研究兰德智库，觉得人家在智库方面的研究的确前瞻准确，值得我们学习敬仰，不过我们也不应该自卑，上面的例子就是个明证，偌大的中国，也还是有很多远见卓识者，相信在我们相对落后的科技领域是这样，其他领域也是如此。所以我们一方面要树立科技自信，另一方面还是要相信一些顶尖专业人士的判断。

2）如果我们当时就搞EUV光刻机，有戏吗?院士从专业和远见出发，提出了建议。可能因为多方面原因，我国没有上马相关研究，或者上马后也是心猿意马半途而废，总而言之是我们在高端光刻机方面被卡脖子了。但假设一下，如果那个时候我国就横下一条心搞EUV光刻机，有戏吗?悟理哥觉得，我们可能可以取得点上的技术突破，但整体希望不大，因为高端光刻机是最先进的极限技术的集成，不仅是设备本身，还包括生态系统和制程，那个时候我们的国力财力技术力，不是踮踮脚就能达到的。

3）当时最优的技术策略是什么？马后炮一下，在当时我国的国力国情之下，最佳的技术策略是什么？悟理哥认为，“伤其十指不如断其一指”，或许当时应该集全国优势力量，选择极少数有限目标进行攻关。经过十数年努力，只要我们有1项技术拿得出手，比如能够应用到当今最先进的阿斯麦光刻机中，那么，我们就具有了与国外友商或者对手谈条件的筹码，包括美国在内，也会忌惮我国反卡脖子了。

比如，德国虽然没有阿斯麦，但莱卡、蔡司是德国的，阿斯麦的光刻机用了大量德国顶尖光学技术，因此美国和荷兰，在半导体方面大概也不敢对德国叽叽歪歪。

最后一点，ASML在台积电等大力协同下，最终也花了近20年时间才实现了EUVL的量产，所以我们在半导体领域的追赶之路，不能是毕其功于一役的心态，而是仍然任重而道远。