哈工大搞定13.5纳米极紫外光源，我国突破光刻机封锁，还有多远？
哈工大搞定13.5纳米极紫外光源，我国突破光刻机封锁，还有多远？
2024年12月30日，哈尔滨工业大学（哈工大）宣布其赵永蓬教授团队成功完成"放电等离子体13.5纳米极紫外光刻光源"项目，并获得"2024黑龙江省高校和科研院所职工科技创新成果转化大赛"一等奖。这一消息引发了广泛关注，因为光刻机技术是全球半导体产业的核心，而中国在这一领域长期面临技术封锁。那么，哈工大的这一突破是否意味着中国即将突破光刻机技术封锁？
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技术突破与实际应用
在光刻机领域，最高端的光刻机是EUV光刻机（极紫外线光刻机）。在EUV光刻机中，最难的部分是光源。当前中国正是因为无法造出EUV光刻机，所以在光刻机领域被西方卡了脖子。现在哈工大完成了"放电等离子体极紫外光刻光源"，是不是说明中国距离突破光刻机封锁已经不远了？
生产芯片
对于互联网上关于哈工大曝光这项技术成果后，铺天盖地的"中国突破光刻机技术封锁"的呼声，只能说这是"新闻学魅力时刻"。
因为"2024黑龙江省高校和科研院所职工科技创新成果转化大赛"这个比赛，看名字就知道只是省一级的科技大赛。如果哈工大的这项技术真的能帮助中国突破西方的光刻机封锁，那相当于全国这么多人才都在做却还没有做到的事情，被哈工大完成了，那哈工大就该获得中国最有含金量的"国家科学技术进步奖一等奖"才对，而不是一个省级比赛的一等奖。
在技术水平上，哈工大的"放电等离子体极紫外光刻光源"只能说属于实验室水准，距离造出光刻机商用还有很大的距离。
EUV光刻机的技术路线
要解释这个问题，我们首先需要了解一下EUV光刻机的一些技术问题。在当前的EUV光刻机技术上，存在两种光刻机技术路线。一种是DPP方案（放电产生等离子体），一种是LPP方案（激光产生等离子体）。
当前全球唯一一家能生产EUV光刻机，垄断了全球高端光刻机市场的公司——荷兰ASML公司，采用的就是LPP方案。
ASML公司生产的光刻机
哈工大的这个"放电等离子体极紫外光刻光源"，从名字上就能看出它走的是DPP方案。DPP方案最大的一个问题就是光源的焦点功率不足。光刻机的光源是用来烧石头（单晶硅）的，功率不足自然就烧不动，也就没法蚀刻出芯片。
当前荷兰ASML造的EUV光刻机，其光源焦点功率为250瓦~500瓦，而DPP方案当前能提供的最大功率为20瓦（2024年成果）。
EUV光刻机光源概念图
也就是说，以当前的技术水平，DPP方案要想达到能商用的水平，其功率至少还要提升10倍左右，至少达到200瓦的水平。
并且DPP方案的光源功率达到20瓦也不是中国完成的，是一家美国单位，详情请见SPIE数字图书馆论文《Next-generation DPP EUV light source to support the HVM lithography ecosystem》（2024年光掩模技术会议录第13216卷，id：132162O）。
当前国内对于DPP方案的研究，技术水平最高的是上海大学，其在2024年时能在实验室内达到5瓦的光源功率，详情请见SPIE论文《Measurement of 13.5nm 2%BW in-band EUV power based on HCT-DPP source》（第13241号会议45号文件）。
也就是说，在当前的EUV光刻机领域，全球的DPP方案研究进度都不行，而我国在DPP方案上也不算世界领先水平，至少在2024年的时候还是如此。
用EUV光刻机生产出来的芯片
中国还有多久能造EVU光刻机？
那么当前中国距离造出EUV光刻机还有多久呢？按照当前的进度，一切顺利的话在2035年之前我们大概能看到国产EVU光刻机落地。
需要明确的是，因为专利的限制，当前中国走DPP方案的EUV光刻机研究，是要比走LPP方案容易的。
EUV光刻机
虽然当前DPP方案还无法商用，暂且无法用在EUV光刻机身上，但DPP方案技术是会进步的。我们上边提到的这家美国单位当前能用EUV光刻机实现20瓦的光源功率，它们下一步的计划是实现40瓦的光源功率。
而中国国内的DPP方案技术也在不断进步，光源功率也是越来越大的。这就说明当前DPP方案还无法商用，但不代表未来不行。所以一切顺利的话，2035年之前中国和美国应该就能实现DPP方案的200瓦光源功率，也就是能用DPP方案造光刻机。
对13.5纳米光源进行筛选
大众对光刻机的误解
事实上对于光刻机，有很多人有非常大的误解。首先是很多人默认有一个"西方国家"能造出EUV光刻机。但实际上当前全球还没有一个国家能单独造出EUV光刻机。
ASML公司生产的EUV光刻机
因为这玩意需要10万个零部件，供应商达到了5000多家。荷兰ASML能造出EUV光刻机是因为有整个欧洲和北美在为它提供核心设备。很多国人理解的"国产EUV光刻机"是核心零部件全部国产，这意味着中国造EUV光刻机的难度本身就远高于荷兰ASML公司造EUV光刻机。
其次是EUV光刻机代表着光刻机的最高技术，但这玩意的商业价值其实没有很多人想象的那么高。在当前的芯片市场中，用EUV光刻机造出来的芯片只占据了8%左右的芯片市场。绝大多数芯片还是14纳米、28纳米制程的"低端芯片"。
芯片市场分布
而中国在"EUV光刻机芯片"市场中不具备竞争力，但在"低端芯片"市场中可以说是杀疯了。在55纳米以上制程的芯片，中国的市场占有率差不多达到了80%，处于绝对的垄断地位。在1428纳米制程的芯片，中国的市场占有率在2030%左右，也不算小了。只有7纳米以下制程的芯片，中国因为EVU光刻机的限制，还没有把手伸进去。
所以当前中国只能说是一个"高端芯片弱国"，而非是很多人理解的我国在所有芯片产业中都不如人。最后是EUV光刻机的路线选择问题。中国研发DPP方案，除了绕开荷兰ASML公司的专利限制外，还因为DPP方案相较于LPP方案有很多的独到优势。这些优势包括光源稳定、对清洁度要求低，以及成本更低等方面。但相应的，搞DPP方案也意味着更高的技术门槛。有学者估计，如果DPP方案的EUV光刻机最后能做成，它的零部件数量可能在荷兰ASML光刻机的基础上还要翻好几倍。
生产芯片
所以我国研发DPP方案的EUV光刻机，还任重而道远。
信息来源：
- 环球网·《借力庞大国内市场，中国芯片有底气突破"美日荷封锁"！》
- 《支持HVM光刻生态系统的下一代DPP EUV光源》
- 《基于HCT-DPP光源的13.5nm 2%带宽带内EUV功率测量》