悟理哥 科技金眼 2/18

這兩年，因為川普時代美國在晶片領域卡我脖子，一度小眾的光刻機成為全國皆知的大殺器。正兒八經在科研上研究過半導體的悟理哥，也曾寫過一篇文章《光刻機界的“獨孤求敗”是怎樣煉成的》（點選閱讀）來進行科普和概念澄清，比如光刻機的光源波長不等於解析度，解析度又跟積體電路工藝尺寸不是一個概念，等等。

最近因為工作需要，悟理哥在學習整理一些資料，驀然發現大約在2002-2003年間，我國，確切的說是中科院上海光機所王之江院士，就極富前瞻性的呼籲，我國要儘快開展極紫外光刻技術（EUVL）研究了。

這個18年前的故事是這樣的。

1. 光刻機之芯

光刻機的鐳射光源，是光刻機的核心繫統，決定了光刻機的效能指標。根據光學定律，光刻機所用光源波長越短，解析度越高，也就是能夠做出更加精細的結構。

半個多世紀以來，從光刻機誕生至今，主要經歷了5代的歷程（圖）。目前所用的極紫外光刻技術所用的就是波長11-14奈米（nm）的軟X射線。

悟理哥說過，光刻機的解析度並不等同於積體電路的工藝尺寸。目前，最先進的荷蘭阿斯麥（ASML）公司的極紫外光刻機（EUVL），採用的光源波長是13.5奈米的極紫外光，光刻機解析度為38奈米，但是利用這臺光刻機可以實現7奈米、5奈米等積體電路工藝。通常說的臺積電或者中芯國際7奈米或者5奈米工藝，指的是積體電路工藝水平，不是光刻機的解析度。

2. 王之江的建議

2003年前後，中國科學院上海光學精密機械研究所王之江院士指出，根據當時光刻技術的發展形勢，EUVL將是大批次生產特徵尺寸為70奈米及更細線寬積體電路的主流技術——這是一個關係到科技樹走向的重要判斷。

當時，國外EUVL方面的研究進展很快。2002年3月美國桑地亞國家實驗室宣佈，它們研製的EUVL工程測試樣機己完成效能測試；歐盟計劃於2003年末或2004年初研製成功EUVL原型樣機；而我國當時還沒有充分意識到EUV的重要性，科研界主要精力還在跟蹤式創新，搞的是波長為193奈米的ArF準分子鐳射，而不是波長更短、更超前的EUV。

為了能夠在未來的光刻裝置市場上具有一定的競爭力，王之江建議，我國應該儘快開展EUVL的研究，避免搞出來的東西就是落伍的東西。他建議根據當時的財力和技術條件，選擇其中的幾個關鍵技術進行攻關，透過5年左右時間的努力，在EUVL成為半導體光刻技術的主流時，使我國在EUVL方面有某幾種單元技術具備相當的國際競爭力。

具體建議是，至少選擇如下幾個關鍵技術進行攻關：

1)EUVL光源研究。我國在鐳射等離子物理研究方面具有堅實的基礎，透過進一步的工程化研究可以獲得EUVL所需要的光源。

2)全反射式離軸非球面縮倍投影光刻物鏡研究。與目前的光學光刻不同，對極紫外光已無透射材料，因為在該波段所有材料的折射率都接近於1，必須採用反射式光學系統。

3)高精度離軸非球面反射鏡加工、檢測技術研究。EUVL光學系統中的反射面要求具有接近理想的面形和亞奈米量級的表面粗糙度。

4)極紫外多層高反射率光學薄膜製備技術研究。EUVL的反射式光學系統的反射面必須在鍍制了高反射率光學薄膜後才能正常工作，反射率越高，則生產效率越高。

3. 王之江是誰

王之江，物理學家。江蘇常州人，1930年11月生。1952年畢業於大連工學院物理系。中國科學院上海光學精密機械研究所研究員。

王之江院士

光學設計方面，發展了象差理論和象質評價理論，形成了新的理論體系，完成了大批光學系統設計（如照相物鏡系統、平面光柵單色儀、長工作距反射顯微鏡、非球面特大視場目鏡、105#大型電影經緯儀物鏡等）。

在鐳射科學技術方面，領導研製成中國第一臺鐳射器，並在技術和原理上有所創新。70年代領導完成了高能量、高亮度釹玻璃鐳射系統。在這項工作中解決了一系列理論、技術及工藝問題。關於某些鐳射重大應用對亮度要求的判斷，使工作避免了盲目性，對於中國鐳射科學技術起了積極作用。倡議和具體領導了中國“七五”攻關中鐳射濃縮鈾專案。對中國光資訊處理和光計算起了倡導作用。

1991當選為中國科學院院士（學部委員）。

4. 幾點感想

1）中國還是有很多遠見卓識的牛人的。前一段時間悟理哥在研究蘭德智庫，覺得人家在智庫方面的研究的確前瞻準確，值得我們學習敬仰，不過我們也不應該自卑，上面的例子就是個明證，偌大的中國，也還是有很多遠見卓識者，相信在我們相對落後的科技領域是這樣，其他領域也是如此。所以我們一方面要樹立科技自信，另一方面還是要相信一些頂尖專業人士的判斷。

2）如果我們當時就搞EUV光刻機，有戲嗎?院士從專業和遠見出發，提出了建議。可能因為多方面原因，我國沒有上馬相關研究，或者上馬後也是心猿意馬半途而廢，總而言之是我們在高階光刻機方面被卡脖子了。但假設一下，如果那個時候我國就橫下一條心搞EUV光刻機，有戲嗎?悟理哥覺得，我們可能可以取得點上的技術突破，但整體希望不大，因為高階光刻機是最先進的極限技術的整合，不僅是裝置本身，還包括生態系統和製程，那個時候我們的國力財力技術力，不是踮踮腳就能達到的。

3）當時最優的技術策略是什麼？馬後炮一下，在當時我國的國力國情之下，最佳的技術策略是什麼？悟理哥認為，“傷其十指不如斷其一指”，或許當時應該集全國優勢力量，選擇極少數有限目標進行攻關。經過十數年努力，只要我們有1項技術拿得出手，比如能夠應用到當今最先進的阿斯麥光刻機中，那麼，我們就具有了與國外友商或者對手談條件的籌碼，包括美國在內，也會忌憚我國反卡脖子了。

比如，德國雖然沒有阿斯麥，但萊卡、蔡司是德國的，阿斯麥的光刻機用了大量德國頂尖光學技術，因此美國和荷蘭，在半導體方面大概也不敢對德國嘰嘰歪歪。

最後一點，ASML在臺積電等大力協同下，最終也花了近20年時間才實現了EUVL的量產，所以我們在半導體領域的追趕之路，不能是畢其功於一役的心態，而是仍然任重而道遠。