作者：俗不可耐
链接：https://www.zhihu.com/question/38841597/answer/1960365565
来源：知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。
这里涉及到的问题就是，中国跟美国在科技上的差距到底是什么。

因为我在asml做euv光刻机的光源中某个子系统性能改进。同时我在国内也算是做过一个先进仪器的项目。所以依照我的经验可以略微谈一谈。

这么说吧，只要你随随便便在网络上用心查一查就知道现在的euv光刻机的光源是发射13.5nm(纳米)波长的极短紫外光。

你也许要问，为啥不是10nm，不是8nm，不是20.5nm？

问得好！

这么说吧，全世界差不多从1981年起整整用了10年尝试了其他的波段。最终，只有这个13.5nm的方案可以实现！

也就是说，13.5nm的光能够实现EUV光刻机。就这点儿信息就是当时顶尖的科学家消耗了至少几个亿美金，差不多十年的时间得到的结论。这就是科研！每个看似简单的，在后来看理所应当的结论都是前人无数错误构成。比如，原子弹可以被造出来。

当00年以后以上两个价值几个亿美金的结论基本被确认，但是还有两件事情需要确认，

用什么原子？可选的有锡（Sn），氙（Xe）和锂（Li）

如何电离原子产生等离子体？

于是，花费了至少数千万美金，第一个问题在2005年左右最先找到了答案，因为Xe在电离后能够产生EUV的离子只有Xe10+，所以其能量转换效率很低，只有0.45~1%

而锡在等离子体的状态下，Sn8+ 和 Sn12+都能产生13.5nm的极短紫外光（EUV），所以其转换效率非常高在0.7%~6%之间。

至于锂，转换效率在01%~3% [1]

所以2005年之后，EUV光源的商业化技术毫无悬念地选择了锡。

而在确定了锡作为电离材料后，实现电离的方法也出现了3个分支

激光激发等离子体技术（LPP）气体放电等离子技术（DPP）激光辅助放电技术（LDP）[2]
                            Schematic diagram of LPP-EUV and DPP-EUV system[3]

   The principle of the Sn-DPP EUV source[4]

这三项技术，目前激光激发等离子体（LPP）技术也就是ASML目前采用的技术已经实现了输出250W功率的EUV，目前已经产业化。我们所说的ASML的EUV光刻机，指的就是它。

激光辅助放电技术目前为日本優志旺（USHIO）公司所拥有，该技术几乎与LPP技术同时出现，在竞争了15年后因为功率无法得到快速提高而无法成为光刻光源。但是2019年，该公司卖出了第一台LDP技术的EUV光源，用以生产EUV的光刻掩膜[5]。因此该技术依然没有完全被淘汰，在市场还有一席之地。

至于气体放电等离子技术，它则早早被认为无法作为LPP技术的替代技术[6]，最大的问题是其转换效率本来就比较低，无法实现EUV的高功率。

就EUV光源来说，哈工大做了一台样机。

这台样机用的就是已经被认为商业化不可行的DPP技术，2018年的论文显示，只有0.1w的功率。

那么哈工大这个样机为啥功率那么低，这中间差了什么呢？

1.极短紫外光是会被空气吸收的，几乎所有物质都会吸收它，所以要反射euv需要特殊的工艺，目前采用的技术是用钼和硅多层镀膜厚度是纳米量级，最终能实现60%左右的反射率。如何镀层这是工艺，具体细节不会见之于期刊论文，一般高校也不教这个！至于中国不要说能做出这个东西的企业，研究所研究这个方向的都不多。

2.asml的EUV光源的方案采用的是LPP也就是激光等离子体方案。这个方案里，一个核心部件是大功率激光器，需要稳定可控达到2万w以上的激光。这种激光器的组件只有德国和美国可以供应，中国在这一领域差距巨大。因为没有需求，所以几乎没有一家公司能够提供相应的部件。这也是为什么哈工大不得不选择功率难以提高但不需要大功率激光器的DPP方案(气体电离等离子体)作为切入点。

3.asml的EUV光源的控制，需要对高频信号进行快速反应还需要高稳定性。一般的多核arm无法满足这个要求，一个中断就可能让整个系统锁死，因此只能用并行运算的FPGA(现场可编程逻辑门阵列)，这东西性能较好的，可是没有国产货！尤其高性能的FPGA芯片

目前在全球FPGA市场中，美企寡头垄断态势明显。赛灵思、英特尔、Lattice、MicroChip这四家企业占据全球超92%的市场。
而且，这些企业把持着大多数FPGA核心专利。据悉，国外拥有FPGA专利将近1.6-2万项，形成了十分强势的控制。
以上仅仅是我还算了解的，其实类似的方面还有很多！

因此哈工大至少七八年前就开始搞EUV光刻机光源了，但是种种掣肘还要出成果，只能选一个最容易实现的技术路线。



这么说吧，最前沿的科技是教你怎么用积木搭个房子，但是不会教你怎么造积木。在欧美环境里，这些积木每一种都有专门的公司生产，有钱就能买到的。而中国，其实不是不知道怎么搭积木，而是没有积木，买不到积木，很多积木自己造不出来。

而造积木这事儿其实并不是哥德巴赫猜想，费马定理，必须要天才才能解决。更多的是一个手艺，是几代人积累下来的细致活儿。做工考究，设计巧妙，是被市场和时间试错试数十年乃至上百年积累出来的精致活计。

还是以asml的光刻机为例，给asml供货镜头的公司是德国大名鼎鼎的蔡司公司。特制的镜头要手工打磨(此处被指出用词不当，修正在下面)，不同的工人打磨出来的镜头性能参数都不一样。在与asml公司紧密合作的前提下，蔡司是优先供给asml最好的镜头。

此处做个修正：

光刻机镜头的镜面光洁度要求非常苛刻，满足这个条件的一是要有精度最高的打磨机和最细的镜头磨料；二是要有称为“金手指”的顶级技工，达到这水平的技工蔡司不到20人，这也是ASML产量不够的根本原因。因为镜头属于标准非球的加工，无法纯机械打磨，必须手工与机械配合。
早年做项目，跟加州大学一个课题组有联系。我们想复制他们的实验，但结果一直不理想。后来去他们课题组实地考察发现我们在国内花大钱，扯了半天皮，等了几个月买到的镜头性能不及他们镜头的一半。问他们是怎么搞来的，人家说，直接去他们公司挑个最好拿回来用。钱都能挑好了，试好了再给！说得那叫一个云淡风轻，听得我们直接凌乱了……

(时间太久我实在记不清那个镜头到底是尼康的还是蔡司的还是其他什么公司，但这段经历确有其事)

一个积木有点走型就会影响最终系统性能，多个积木不够完美就可能搭不起大房子，而中国在数十块积木的制造上几乎一片空白。

如果没有特朗普，让国家加大投入，提高重视，像哈工大这种比较鸡肋的项目还要做很多！

而反过来，造积木这事儿，高校还真不教，高校只是教你搭积木。这也是为什么很多留学生博士期间能发nature，science，回国以后反而搞不出什么好的文章。因为没有积木，会搭积木又有多大用处？

同样造积木这事儿公司也不教，公司只会教给你数十道工序中的其中一个。

所以，这就是中国目前的困境。

当然，由此也可看出来，欧美发达国家实际上是在吃老本。因此，中国可能只是时间耗得多一些，毕竟，造积木毕竟只是一个手艺并非范式上的突破。中国和欧美都在同一世代。而且在搭积木这件事情上，中国其实做得很不错，几乎是跟欧美并驾齐驱了。如果中国能从欧洲任意买到asml公司买到的所有部件，也就5年就能造出可以用的EUV光刻机。

但在没有积木的情况下，一块儿一块儿自己造，乐观一点大概15年可以逼着asml赶紧把光刻机买给中国实现所谓的“打破封锁”。记住，不是说造出可商用的光刻机，是打破封锁，让欧美感到再封锁也没有任何意义。如果设个我熟悉模块的指标就是EUV光源实现稳定输出功率100w超过48小时。这大概是asml公司10年前(01年)达到的技术指标。



以后看新闻或者什么公众号就关心两个指标即可，

第一，EUV光刻机的光源IF功率多少瓦。少于10瓦的请不要相信什么“打破封锁”，“美国怕了”，连输出功率都不提的也请忽略！

第二，稳定输出EUV功率多长时间，少于1小时没太大意义，不提这个指标也可以忽略。

靠谱儿的光刻机造出来一定会把重要的性能参数说清楚以提高自豪感。不提重要指标的，就是八字没一撇。

对了，国内估计不会采用lpp技术，因为除了缺少大功率二氧化碳激光器，许多专利问题也很麻烦。因为也不能只考虑中国市场，日后总要走出去。因此，国内会用ldp技术，也就是日本人还没放弃的那个技术来搞euv光源。这个技术对激光器的功率要求没那么高，但是提发光高功率相对比较困难。早年就是因为发光功率一直提不上去才没有竞争过asml的lpp路线。

评论区还有怀疑中国是不是真的没有大功率激光器的。

首先，激光器种类很多，有红宝石激光器，氦氖激光器，二极管激光器，咱们讨论的是光刻机自然说的是光刻机用的激光器。具体就是二氧化碳激光器。

其次，大功率要大到什么程度我也提到了是上万瓦的激光器。世界上功率最大的激光器是激光武器，可以用来拦截导弹。功率大概是几十到一百万瓦。但是这个激光器不能持续不断十几个小时地发光。如果加上能够连续发光几十个小时这个条件，asml的激光器就是功率最高的。其光路设计是asml自己设计的，但硬件只有德国和美国的公司能生产。中国无论是设计还是硬件差距不是一点半点。

所以说大功率二氧化碳激光器，中国对外国封锁？这是在干什么？

以下是文献出处链接：

EUV Source Technology: Challenges and StatusTin LDP Source Collector Module (SoCoMo) ready for integration into Beta scannerLaser-produced plasma-based extreme-ultraviolet light source technology for high-volume manufacturing extreme-ultraviolet lithographyTin DPP source collector module (SoCoMo): status of Beta products and HVM developmentsUshio sells its first EUV light sourceEUV Light Sources for Next-Gen Lithography13.5 nm Extreme Ultraviolet Light Source Based on Discharge Produced Xe Plasma
编辑于 1 小时前