中国突破ASML垄断

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今年7月，中国科学院官网上发布的一则研究进展显示，该团队研发的新型5nm超高精度激光光刻加工方法获得突破。半年来这则消息被以各种形式和标题刷屏，例如解读为“突破ASML的垄断”、“不用EUV光刻机就能造成5nm芯片”。相关阅读：《中科院激光光刻研究获进展》

近日，相关人士不得不进行回应：真不是你们想的那样。

据《财经》报道称，该论文的通讯作者、中科院研究员、博士生导师刘前公开回应称，这是一个误读，这一技术与极紫外光刻技术是两回事。极紫外光刻（EUV）技术是以波长为10－14nm的极紫外光作为光源的光刻技术。

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截图自ACS官网

内行看门道，外行看热闹

7月份时，中科院苏州所联合国家纳米中心在国际知名期刊《纳米通讯》（Nano Letters）上发表的《超分辨率激光光刻技术制备5纳米间隙电极和阵列》（5 nm Nanogap Electrodes and Arrays by a Super-resolution Laser Lithography）研究论文，介绍了该团队研发的新型5 纳米超高精度激光光刻加工方法。中科院当时发新闻稿称：研究团队针对激光微纳加工中所面临的实际问题出发，解决高效和高精度之间的固有矛盾，开发的新型微纳加工技术在集成电路、光子芯片、微机电系统等众多微纳加工领域展现广阔的应用前景。

据青岛大学新闻网于2020年7月10日报道称，苏州纳米所研究生秦亮、黄源清和物理科学学院夏峰为论文共同第一作者。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张子旸研究员和刘前为论文的通讯作者。

刘前特别强调，中科院研发的5nm超高精度激光光刻加工方法的主要用途是制作光掩模，因为目前国内制作的掩模板主要是中低端的，装备材料和技术大多来自国外。

掩模是干啥的？和光刻有啥关系？

很多网友们可能对“掩模”不是太了解，其实在整个芯片制造过程中，最开始是需要将激光将芯片的设计图写到光掩膜板上，然后再通过光刻机设备，直接将光掩膜板上的电路图投射到涂有光刻胶的硅晶圆表面，才能够形成相关的芯片电路图，所以每一颗芯片制造都需要一套光掩膜板，通俗点讲，“掩膜板”就是在光刻机制造芯片时的“母板”，没有这个母板也无法制造出相关的芯片产品。

而集成电路的线宽是指可以通过特定工艺光刻确定的最小尺寸，例如我们常称某款芯片工艺为“ 28纳米”或“ 40纳米”，该尺寸主要由光源的波长和数值孔径确定。掩模上电路布局的大小也会影响光刻的大小，当前主流的28nm，40nm和65nm线宽工艺均使用浸没式光刻技术（波长为134 nm）。但是，在诸如5nm的先进工艺中，由于波长限制，浸没式光刻技术无法满足更精细工艺的需求。这就是极端紫外线光刻机诞生的背景。

芯片的制造包括沉积、光刻胶涂覆、曝光、显影、蚀刻、移植、剥离等工序，其中曝光是微芯片生产中的关键工序，ASML正是处于半导体产业链中的曝光环节。ASML的系统本质上是投影系统，类似于幻灯片投影机，使用激光来布臵晶体管，相当于微芯片的“脑细胞”。光线携带者要打印的图案的蓝图，通过所谓的掩模投射出来，透镜或镜子将图案聚焦在晶圆片上，当未暴露的部分被蚀刻掉时，图案就显露出来了。由于光刻技术将微芯片上的结构制成图形，因此，光刻技术在决定芯片上的特征有多小以及芯片制造商将晶体管组装在一起的密度方面起着重要的作用。

按照刘前的说法，如果超高精度激光光刻加工技术能够用于高精度掩模版的制造，则有望提高我国掩模版的制造水平，对现有光刻机的芯片的线宽缩小也是十分有益的。这一技术在知识产权上是完全自主的，成本可能比现在的还低，具有产业化的前景。

据悉，高端掩模版在国内还是一项“卡脖子”技术。在半导体领域，除了英特尔、三星、台积电三家能自主制造外，高端掩模版主要被美国的Photronics、大日本印刷株式会社（DNP）以及日本凸版印刷株式会社（Toppan）三家公司垄断，根据第三方市场研究机构前瞻产业研究院的数据，这三家公司的市场份额占到全球的82%。

一直以来，业界都在尝试另一条技术路线，例如华裔科学家、普林斯顿大学周郁在1995年首先提出纳米压印技术，目前仍无法突破商用化的困境

ASML也是集百家之长，中国凭一己之力短期难做到

但是，即便这一技术实现商用化，要突破荷兰ASML（阿斯麦）在光刻机上的垄断，还有很多核心技术需要突破，例如镜头的数值孔径、光源的波长等。并且，极紫外光刻机并非仅靠ASML一家之功，有将近90%的核心零部件来自全球不同企业，ASML是通过收购才打通了上游产业链。

2001年，ASML收购美国光刻机巨头硅谷集团（SVGL），快速获得反射技术，市场份额快速提升。ASML尚未掌握新一代157nm激光需要配臵的反折射镜头技术，硅谷集团拥有较成熟的157nm光学技术，于是ASML通过将硅谷集团收入囊中获取了该技术；

2007年，ASML收购了美国Brion公司，这是一家专门从事计算光刻集成电路的公司，成为ASML整体光刻产品战略的基石；

2010年，推出第一台极紫外（EUV）光刻工具原型（NXE：3100），开启光刻新时代，并且ASML成为EUV光刻机领域的独家垄断者，市占率为100%；

2013年，ASML收购了美国光源制造商Cymer，加速了下一代光刻技术的发展，为光源技术提供了保障；

2016年，ASML收购了中国台湾领先的电子束测量工具HMI，进一步增强了整体光刻产品组合；

2017年，ASML收购了德国卡尔蔡司SMT股份有限公司24.9%的间接股权，促进了EUV系统的进一步发展，同年TWINSCAN NXE:3400B机台正式出货；

2019年，ASML收购了竞争对手Mapper公司的IP资产。通过一些列的收购与整合，ASML逐步走向整体光刻时代。

目前没有一个国家能够独立自主完成光刻机的制造，中国以一国之力，短期内要突破极紫外光刻技术，几乎是不可能的事情。唯有脚踏实地，一步一个脚印，这次被“误解读”的5nm光掩模制造技术至少说明我们在光刻领域又前进了一步。

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