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EUV光刻機(jī)和DUV光刻機(jī)有哪些區(qū)別?為什么我國(guó)生產(chǎn)不了EUV光刻機(jī)

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光刻機(jī)是芯片制造的核心設(shè)備,而EUV(極紫外光刻機(jī))和DUV(深紫外光刻機(jī))的差異,本質(zhì)上是一場(chǎng)關(guān)于“光”的技術(shù)革命。

從工作原理看,DUV光刻機(jī)使用的是193nm波長(zhǎng)的深紫外光,通過(guò)浸沒(méi)式技術(shù)(把鏡頭和硅片浸泡在超純水中)提升分辨率,目前最高可支持7nm芯片的制造。而EUV光刻機(jī)的光源波長(zhǎng)直接縮短到13.5nm,進(jìn)入極紫外光范圍。這種光幾乎能被所有物質(zhì)吸收,因此整個(gè)光路必須在真空環(huán)境中運(yùn)行,且需要用特殊的反射鏡取代傳統(tǒng)透鏡。這種技術(shù)躍遷,使得EUV能直接制造5nm及以下的高端芯片,而DUV需要多重曝光才能實(shí)現(xiàn)類(lèi)似效果,導(dǎo)致生產(chǎn)效率大幅降低。

在實(shí)際應(yīng)用上,兩者的差距更加直觀。一臺(tái)EUV光刻機(jī)每小時(shí)能處理170片晶圓,而DUV在同等制程下需要重復(fù)曝光4次,效率直接打四折。更重要的是,EUV的精度優(yōu)勢(shì)讓芯片晶體管密度翻倍,蘋(píng)果A系列、高通驍龍旗艦芯片都依賴EUV技術(shù)。可以說(shuō),EUV是打開(kāi)3nm以下芯片時(shí)代的鑰匙,而DUV只能停留在“鑰匙孔”的位置。



一、國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的現(xiàn)狀:DUV突圍,EUV卡殼

我國(guó)在光刻機(jī)領(lǐng)域的進(jìn)展,可以用“一半海水,一半火焰”來(lái)形容。

2024年9月,我國(guó)正式公布了193nm的DUV光刻機(jī),雖然距離國(guó)際最先進(jìn)的沉浸式DUV光刻機(jī)還有差距,但已能滿足中端芯片制造需求。這臺(tái)設(shè)備的核心部件——包括雙工件臺(tái)、光源系統(tǒng)——均由國(guó)內(nèi)企業(yè)自主研發(fā),標(biāo)志著中國(guó)在DUV領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從“0到1”的突破。

然而,轉(zhuǎn)向EUV光刻機(jī)時(shí),形勢(shì)急轉(zhuǎn)直下。國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)雖然早在2018年就啟動(dòng)了EUV關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),但至今未傳出實(shí)質(zhì)性突破。相關(guān)資料顯示,我國(guó)現(xiàn)有的EUV驗(yàn)證機(jī)仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段,關(guān)鍵指標(biāo)如光源功率(需達(dá)到250瓦以上)、反射鏡缺陷率(每平方米少于0.01個(gè)缺陷)均未達(dá)標(biāo)。更現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題是,即便解決了技術(shù)難題,國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈也無(wú)法支撐量產(chǎn)——一臺(tái)EUV光刻機(jī)需要超過(guò)10萬(wàn)個(gè)零件,涉及全球5000多家供應(yīng)商,而中國(guó)在高精度光學(xué)鏡片、真空機(jī)械手等核心部件上仍依賴進(jìn)口。



二、EUV光刻機(jī)難產(chǎn)的三大死結(jié)

我國(guó)造不出EUV光刻機(jī),絕非單一技術(shù)短板所致,而是系統(tǒng)性困境的集中爆發(fā)。

第一道坎:光源技術(shù)被“鎖死”。EUV光源需要將錫滴加熱到30萬(wàn)攝氏度,激發(fā)出極紫外光。這項(xiàng)技術(shù)的專(zhuān)利墻幾乎被ASML(荷蘭光刻機(jī)巨頭)和Cymer(美國(guó)光源企業(yè))壟斷。國(guó)內(nèi)雖然能用高功率二氧化碳激光器轟擊錫靶產(chǎn)生等離子體,但穩(wěn)定性和功率始終無(wú)法突破。更棘手的是,用于控制激光脈沖的種子光源技術(shù)長(zhǎng)期受制于美方出口管制。

第二道坎:光學(xué)系統(tǒng)無(wú)法閉環(huán)。EUV光刻機(jī)的反射鏡由德國(guó)蔡司獨(dú)家供應(yīng),其表面粗糙度控制在原子級(jí)別(0.1納米)。國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的反射鏡粗糙度仍在1納米以上,導(dǎo)致光線散射率超過(guò)50%,無(wú)法滿足光刻需求。更無(wú)奈的是,即便造出合格鏡片,也需要配套的檢測(cè)設(shè)備來(lái)校準(zhǔn),而這類(lèi)設(shè)備同樣被列入禁運(yùn)清單。

第三道坎:產(chǎn)業(yè)協(xié)同生態(tài)缺失。ASML生產(chǎn)的EUV光刻機(jī)凝聚了全球頂尖技術(shù):德國(guó)提供機(jī)械框架,美國(guó)提供計(jì)量系統(tǒng),日本供應(yīng)光刻膠。而我國(guó)在高端光刻膠、電子特氣等配套材料上仍依賴進(jìn)口。以光刻膠為例,國(guó)產(chǎn)ArF光刻膠(用于DUV)良品率不足60%,而EUV專(zhuān)用的金屬氧化物光刻膠尚未實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室合成。



三、寫(xiě)在最后

EUV光刻機(jī)的研發(fā)困境,暴露出我國(guó)高科技產(chǎn)業(yè)的兩個(gè)致命弱點(diǎn):基礎(chǔ)研究積累不足全球化技術(shù)協(xié)作體系斷裂。當(dāng)ASML用17年時(shí)間、投入200億美元攻克EUV時(shí),國(guó)內(nèi)光刻機(jī)研發(fā)經(jīng)費(fèi)年均不足5億美元;當(dāng)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈形成“你中有我”的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)時(shí),我國(guó)卻在關(guān)鍵環(huán)節(jié)被孤立。

但這并不意味著沒(méi)有破局機(jī)會(huì),193nm的DUV光刻機(jī)已驗(yàn)證了國(guó)產(chǎn)替代的可能性,而華為與中科院聯(lián)合研發(fā)的“超衍射光學(xué)”技術(shù),或許能繞過(guò)傳統(tǒng)EUV路徑。EUV光刻機(jī)的缺失,是我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)必須跨越的“成人禮”。這場(chǎng)攻堅(jiān)戰(zhàn)中,沒(méi)有捷徑可走,只有持續(xù)投入、開(kāi)放合作、培養(yǎng)人才,才能在未來(lái)的某一天,讓國(guó)產(chǎn)EUV光刻機(jī)的光束照亮晶圓廠的無(wú)塵車(chē)間。

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