光刻機重大突破，俄羅斯或正走出一條光刻機的破壞式突圍路子

文/王新喜

在過去很長一段時間，業(yè)內(nèi)都覺得很奇怪，在西方全方位半導(dǎo)體制裁的高壓之下，俄羅斯微電子產(chǎn)業(yè)一度陷入“無芯片可用”的絕境，甚至傳出從洗衣機、冰箱中拆取芯片用于軍事裝備的消息。

然而近期，俄羅斯傳出自主研發(fā)的光刻機突破的消息，為其國防工業(yè)續(xù)上了關(guān)鍵的“生命線”。

要知道，俄羅斯幾乎是與西方脫鉤最徹底的大國，從2022年開始，西方對俄羅斯的半導(dǎo)體制裁幾乎封死了所有正規(guī)通道。理論上，俄羅斯的軍用電子系統(tǒng)應(yīng)該在2023年就開始崩潰。

但那些盯著2納米芯片的國家或許無法理解，俄羅斯卻在持續(xù)的戰(zhàn)爭和制裁中保持了關(guān)鍵系統(tǒng)的運行，戰(zhàn)場電子戰(zhàn)系統(tǒng)絲毫不見“缺芯”的跡象。

他們忘了一件事：俄羅斯的戰(zhàn)爭體系，不是建立在西方標(biāo)準(zhǔn)上的。

正因為不依賴西方的技術(shù)體系，俄羅斯光刻機反而取得了突破。

根據(jù)業(yè)內(nèi)半導(dǎo)體媒體傳出的重磅消息，俄羅斯光刻機搞出“氣體靶”新路子，350納米剛剛準(zhǔn)備量產(chǎn)，不少業(yè)內(nèi)人士都開始重新審視全球半導(dǎo)體設(shè)備的發(fā)展格局。

我們知道，歐美搞光源用的是錫滴，俄羅斯直接掀桌子換賽道，選用全新研發(fā)路徑，與西方競爭對手試圖突破現(xiàn)有系統(tǒng)參數(shù)（例如從0.55提升至高數(shù)值孔徑，甚至從0.75提升至超高數(shù)值孔徑）不同，俄羅斯學(xué)派提出改變物理原理。

所謂“氣體靶”方案，本質(zhì)是繞開荷蘭ASML的技術(shù)壟斷，是用氙氣、鋰氣這類氣體團簇替代傳統(tǒng)錫滴光源，通過特殊噴嘴被送入真空室。

在超音速噴射過程中，氣體凝結(jié)成納米級團簇，當(dāng)受到強大的飛秒激光脈沖轟擊時，每個團簇都會轉(zhuǎn)化為溫度高達數(shù)百萬度的微等離子體。

與錫靶材的主要區(qū)別在于，氣體不會沉積在光學(xué)元件上。錫蒸發(fā)后不可避免地會在鏡面上凝結(jié)，需要復(fù)雜的凈化系統(tǒng)。而氣體只需用真空泵抽出即可。

此外，通過調(diào)節(jié)氣體混合物的成分，可以控制發(fā)射波長。鋰氙團簇被證明是6.7納米波段的最佳選擇，氣體團簇光源可以在遠低于數(shù)十億美元EUV光刻機的設(shè)備上實現(xiàn)，完成短波長光源的技術(shù)落地測試。

盡管俄羅斯目前缺乏量產(chǎn)型光刻機，但這項技術(shù)跳過13.5納米時代，直接進入6.7納米時代，并有望過渡到軟X射線光刻。

由于這套全新研發(fā)出來的光源設(shè)備，在實際運作過程里能夠減少多余雜質(zhì)產(chǎn)生，日常運行過程中需要的維護工序更少，整體使用成本也能得到有效控制。

這其實更像是被全面制裁逼出來的無奈選擇。

他們現(xiàn)在能拿出手的350納米光刻機，在民用市場根本不夠看，離全球主流的先進制程差了好幾代，但它本來就是為了保軍工和重工業(yè)芯片，能硬生生撕開西方的設(shè)備封鎖就算贏了一步。

他們選的這條非標(biāo)路線，等于要從零搭建一套生態(tài)，說到底，氣體靶新路子是絕境下的創(chuàng)新嘗試。

為什么俄羅斯能夠突破核心光源技術(shù)？

俄羅斯的目標(biāo)并未止步于350納米，而是要造出自己的EUV光刻機。俄羅斯這次突破的核心，是集中在光刻機設(shè)備的核心光源板塊，也是制造先進制程芯片最關(guān)鍵的核心部件之一。

這就要回到EUV光刻機的三大核心技術(shù)上——光源、投影物鏡、工件臺。其中最大的難點在于光源，俄羅斯正是這一領(lǐng)域的佼佼者。

事實上，早在上世紀(jì)70年代，當(dāng)時的蘇聯(lián)就已經(jīng)掌握了EUV照相光刻的技術(shù)，甚至荷蘭ASML研究EUV光刻機時就使用了俄方技術(shù)，比如早期研究的光源理論來自俄羅斯科學(xué)院，同時俄羅斯向其提供了大量的光學(xué)器件。

在蘇聯(lián)解體后，俄羅斯的科學(xué)家們也沒有放棄這項技術(shù)，而是一直在默默耕耘，為"EUV光刻機"的關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)做出了重要貢獻。國際光源三巨頭之一就是俄羅斯的圣光機。

此外，俄羅斯科學(xué)院的微結(jié)構(gòu)物理研究所還為荷蘭開發(fā)了多層鏡制造技術(shù)，這在當(dāng)時算得上是一個了不起的成就。

光刻機的研發(fā)需要數(shù)學(xué)家，物理學(xué)家，而俄羅斯一直以來也是理工科的強國，特別是數(shù)學(xué)，物理學(xué)，化學(xué)。

俄羅斯這套方案之所以看起來有底子，很大程度上得益于蘇聯(lián)時期在激光物理、X射線光學(xué)、等離子體物理等領(lǐng)域幾十年的持續(xù)積累。歷史底蘊在尖端科技領(lǐng)域的分量不容小覷。

總的來說，此次技術(shù)突破最大的價值，就是開辟出一條全新的研發(fā)方向，打破固有技術(shù)思路帶來的發(fā)展局限，也給全球半導(dǎo)體設(shè)備研發(fā)領(lǐng)域，提供了不一樣的發(fā)展思路。

俄羅斯會不會走出一條光刻機的破壞式創(chuàng)新之路？

事實上，我國也一直在探索多條不同的光刻機路徑，比如納米壓印光刻技術(shù)路線。國內(nèi)企業(yè)自主設(shè)計研發(fā)的首臺PL-SR系列噴墨步進式納米壓印設(shè)備已經(jīng)交付給國內(nèi)特色工藝客戶產(chǎn)線使用，能夠用于儲存芯片、硅基微顯、硅光及先進封裝等領(lǐng)域。

其次是電子束光刻技術(shù)路線。浙江大學(xué)研發(fā)團隊推出我國首臺國產(chǎn)商業(yè)電子束光刻機，命名為“羲之”， 精度0.6nm，線寬8nm，用電子束在芯片上刻寫電路。

第三條路徑就是光刻工廠。公開論文顯示，清華團隊早在2017年左右，就開始布局穩(wěn)態(tài)微聚束EUV路線（SSMB-EUV）。

這條路線不是讓一臺機器帶一個光源，而是建一個大型的光源系統(tǒng)，有很多EUV光源束線，同時讓好幾個光刻機開工。

如今，俄羅斯無疑在中國的基礎(chǔ)上，又開辟了一條新的路線。俄羅斯的路線繞開ASML技術(shù)壁壘和阻礙的新路子，形成了全新的破壞式創(chuàng)新的路徑。

破壞式技術(shù)的出現(xiàn)，往往是在延續(xù)性技術(shù)發(fā)展到頭或者開始封閉式發(fā)展的時候。

ASML及其合作伙伴目前正投入數(shù)十億歐元改進用于13.5納米工藝的錫基長周期等離子體源。然而，半導(dǎo)體物理學(xué)家已經(jīng)承認，錫基技術(shù)的發(fā)展前景有限，其應(yīng)用范圍已無法超越3納米。

從這個角度來看，錫液滴EUV是典型的延續(xù)性創(chuàng)新——ASML沿13.5nm路線不斷優(yōu)化，性能極致但成本爆炸、物理極限漸近。

鋰/氙氣體團簇則屬于破壞式創(chuàng)新，初期功率和穩(wěn)定性不如錫滴，卻提供全新價值——波長可短至6.7nm（分辨率更高）、靶材清潔（光學(xué)壽命長）、能量效率提升3-4倍，且能繞開ASML專利墻。

正因如此，俄羅斯開發(fā)的用于6.7納米工藝的氣體靶材不僅成為一種替代方案，并且是當(dāng)下不多的可行的選擇。ASML慌不慌？

未來5-8年延續(xù)性創(chuàng)新仍是主流，High-NA/ Hyper-NA繼續(xù)推進，但氣體團簇將從被制裁國家的“邊緣市場”切入，在對成本敏感的自主可控場景率先落地。

10-15年后，若氣體團簇攻克工程難題，全球或形成13.5nm錫滴與6.7nm氣體雙軌并行的新格局。

這對我國的啟示是，不應(yīng)只在ASML的賽道上硬追，還要主動布局氣體團簇、納米壓印等破壞式路徑，利用國內(nèi)大市場為“不成熟”技術(shù)提供應(yīng)用場景，在邊緣迭代中孕育突破。

俄羅斯的光刻機技術(shù)不容低估，當(dāng)鋰或氙簇取代錫液滴時，微電子行業(yè)將獲得制造芯片的關(guān)鍵，給半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)指出了一條全新的物理探索路徑——

繼續(xù)縮短波長、跳出13.5納米的桎梏，可能真的能突破當(dāng)前摩爾定律逼近物理極限的困境。俄羅斯如果沿著這個方向堅定的走下去，還真有可能走出一條光刻機的破壞式創(chuàng)新之路。