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【文/觀察者網專欄作者 青嵐】

誰能先做出EUV光刻機：俄羅斯還是中國？

看到上面這句話，你是不是已經在心里徐徐打出了一個問號？

俄羅斯、光刻機，對不少人來說，把這兩個詞放在一起，畫風be like：

（白沙瓦手工藝客車）

是啊，在眾多段子里還需要從”洗碗機和冰箱“里摳二手芯片用的俄羅斯，怎么突然快進到能造最高端的EUV光刻機了？

How Dare You?

其實這句話，是最近俄羅斯“今日頭條”Dzen上一篇科技評論的標題：

《Кто раньше сделает EUV литограф: Россия или Китай?》

至于文章內容，前一半分析了目前EUV光刻機供需格局，核心信息在中國讀者看來都算是大路貨，后一半則是梳理了俄羅斯研究人員在EUV光源和反射鏡上的積累，作者據此認為，俄羅斯可以直接跳過浸沒式DUV光刻機，一步到位攻關EUV光刻機：“與中國不同的是，我們擁有成為世界第二大超現代極紫外線光刻機制造商所需的一切。”

先別笑，也先別急。

拋開關于中俄橫向比較的暴論，說起光刻機，國內公眾大概早已家喻戶曉EUV的重要性，沒有這個工具，就基本別想造出5納米以下先進制程芯片，關注更多一些的讀者，或許還知道EUV相比DUV光刻機，在“三大件”，也就是光源、投影物鏡、工件臺這三個關鍵子系統上都有巨大革新。

假如要做一個技術跨越程度排序以方便理解，那么EUV最大的變化或者說難點，無疑在于光源。

直白地說，如果EUV光刻機卡住了高端芯片制造的脖子，那么光源則卡住了EUV光刻機的脖子。而俄羅斯，恰恰在EUV光源關鍵核心技術上有自己的獨到之處。

以下信息，往往是西方媒體和許多無腦照搬的中文互聯網“傳聲筒”不曾告訴你的。

為了一次性講透這個話題，有必要先普及一些光刻光源極簡知識。

歷史上晶圓廠使用的光刻機，其光源從g線、h線、i線超高壓汞燈發展到KrF、ArF準分子激光器，波長越來越短，光子的能量越來越高，光源系統也越來越復雜，但按最通俗的理解，其實它們都可以看成是各種日光燈的“魔改”，通過電極給氣體（汞蒸氣、稀有氣體、鹵素氣體）注入能量，激發介質出光。

到了EUV也就是13.5納米波長，工業界和學術界原先自然也想沿著這個思路推進，形成了一度勢頭很好的放電等離子體（DPP）光刻光源研究路線。

然而初步實踐表明，當時DPP所使用的氙氣在13.5納米處極紫外光轉化率很差，而更理想的介質錫又極難氣化，沸點高達2200多攝氏度，為此，研究人員想出了先用激光轟擊錫靶產生初始等離子體的主意，使DPP進化為激光輔助放電等離子體（LDP），ASML最早向科研機構交付的EUV樣機NXE3100正是采用這種光源。

遺憾的是，這條技術路線隨后的迭代遇到了巨大困難，原因出在其已經打滿了優化補丁的電極結構上：為了提升LDP光源輸出功率，需要讓一對浸入液錫池的旋轉圓盤電極轉得更快，有雨天騎車經驗的讀者不難明白，通過積水路面的速度越高，車輪甩出來的水也就越多。

無解的高速碎屑等工程問題和緊迫的商用示范壓力，最終使ASML轉向一條全然不同的技術路線—激光等離子體（LPP）。

LPP取代DPP/LDP，也代表著一種范式轉移。

不同于各種電能直接轉換光能的嘗試，LPP很大程度上借鑒了慣性約束核聚變的思路，勞倫斯利弗莫爾實驗室這一慣性約束劇變研究重鎮，也在LPP原理研究上做出過巨大貢獻。

具體來看，LPP基本思路是首先生成高能量高功率脈沖激光，以近乎完美的時空同步命中數十微米大小的錫液滴靶，注入的能量使液滴瞬間變成一團遠超太陽表面溫度的等離子體并輻射極紫外光，這一基本過程以每秒數萬次的頻率重復，釋放的EUV光線經過反射鏡收集聚攏，最終形成穩定的200瓦以上輸出功率。

較之放電等離子體路線，LPP最大的優勢在于極紫外光轉化效率高，尤其是預脈沖激光優化液滴形狀、密度等參數之后，其轉化效率能夠達到6%，且激光脈沖轟擊懸空的液滴，意味著等離子體和腔室內其他組件間距離更遠，熱量與碎屑更容易處理。不過LPP缺點則是系統復雜度高，其驅動激光、液滴錫發生器、收集鏡三大子模塊之精密復雜，都稱得上是人類工業文明精華。

接下來，我們就從這三個領域來盤一盤俄羅斯的“能耐”吧。

首先是驅動激光，目前ASML所引領的主流架構是MOPA（主振蕩器功率放大），通過對高重頻、短脈沖的優質種子光逐級放大，最終形成數十千瓦的大功率輸出。

慣常能看到的信息里，德國企業通快（TRUMPF）無疑在MOPA架構上獨步天下，其獨家提供的EUV光刻機驅動激光器重達17噸，由45萬個零部件組成，內部線束長度超過7公里，充分展現了什么叫做德國“工匠精神”。

但故事里沒提的是，在這條賽道上全球仍然還有兩大玩家，其一是日本光刻光源巨頭Gigaphoton，另一個就是東歐激光科研重鎮—俄羅斯圣彼得堡國立信息技術、機械學與光學研究型大學（圣光機），從振蕩器、隔離器到放大器，圣光機在MOPA領域的基礎研究依然保持著世界級水平。

再來看液滴錫發生器，由于其制造商Cymer位于美國本土，因此天然站在了形象塑造與傳播的“高地”。關于ASML的熱門新書《聚焦》里，Cymer有著不成比例的“出鏡率”，被寫成了令EUV光刻機走向成功的最關鍵拼圖。但實際上，ASML對Cymer的關注更多是為了解決后者糟糕的項目管理，液滴錫發生器實用化也并非Cymer一家的功勞，而是ASML所動員的一個巨大科研網絡中知識匯聚流動的成果。如久負盛名的俄羅斯科學院光譜學研究所（ISAN）就與ASML有長期合作，在錫液滴發生器、預脈沖技術、光源污染防護上承接了大量該公司橫向課題，時至今日，ISAN及其衍生的商業公司在EUV檢測光源產品和等離子體建模上仍有相當強競爭力，與英特爾、臺積電等廠商也依舊保持著聯系。

特別值得一提的是，ISAN研究人員對原本作為一種碎屑緩解手段出現的預脈沖技術進行了深入研究。基于該所等離子體物理的理論與數據積累，再結合俄羅斯數學家為高溫激光等離子體研究所開發的RALEF仿真軟件，使錫液滴形貌和預脈沖/主脈沖作用有了可靠的研究模型，其后ASML和Gigaphoton也正是靠著循序迭代脈沖激光參數和液滴靶形、時空控制，實現了極紫外光轉化效率的飛躍。