北大新型电镜技术助力国产光刻机攻关

北京大学量子材料科学中心高鹏研究组基于扫描透射电子显微镜发展了四维电子能量损失谱技术，突破了传统谱学手段难以在纳米尺度表征晶格动力学的局限，首次实现了半导体异质结界面处局域声子模式的测量，近日更是被《半导体学报》列为2021年度中国半导体十大研究进展。

这项科技成果的诞生，不仅是我国高端科学仪器领域的一个重要突破，更为实现国产EUV光刻机、掌握芯片核心技术、攻克国产半导体核心技术壁垒增添了动力。

芯片的重要性不用再说，一直被称为“现代工业的粮食”。芯片生产流程中最复杂、最关键的工艺步骤“光刻”需要光刻机来完成，因此，光刻机又被称为“现代光学工业之花”，是盘活国产半导体行业的“齿轮”。

光刻机科技含量高，制造工序复杂，仅荷兰ASML的一款EUV光刻机就需要来自全球35个国家5000多家企业的10万多个元器件，并且其中90%的零部件也都是依赖于进口。

目前，全球仅有三个国家的四家公司能够制造，荷兰ASML与日本的佳能、尼康占据了全球光刻机市场99%的份额。

其中，ASML市场份额常年高达60%以上，呈现霸主垄断地位，并且完全地垄断了超高端光刻机领域；日本的尼康和佳能曾经非常领先，但后来被ASML超越，现在只能生产中低端光刻机；我国的上海微电子的封测光刻机做得不错，但前道光刻机还有差距。

说完市场

再论技术

EUV光刻机一般指极紫外线光刻机，是生产7nm工艺以下芯片的必要设备。制造EUV光刻机最为关键的三大核心组件包括极紫外光源、双工件台和镜头。攻克这三关，制造EUV光刻机指日可待。

极紫外光源是顶级光源，ASML在2012年通过收购美企Cymer掌握了此项技术。我国的上海光机所和长春光机所已经突破了14纳米极紫外光源技术，即将转入到实际成果的投用环节。

双工件台属于精密仪器制造技术，之前是ASML独家掌握的技术，目前清华旗下的华卓精科已经实现突破，成为了全球第二家掌握光刻机双工件台技术的企业，已成功供货上海微电子。

三大核心组件中，最重要的是高精度镜头，一直被德国蔡司垄断。就算是光刻机巨头ASML的镜头也得依赖德国蔡司，而且30多年来，ASML对蔡司的依赖越来越严重。

EUV光学镜头由于技术壁垒高、突破难度大。因为都是欧洲企业，ASML可以依赖蔡司，我们中国却不能，因为《瓦森纳协议》。

如今，ASML想要研发更先进的EUV光刻机，就需要更大数值孔径的镜头。但这对蔡司来说也是一个挑战，毕竟数值越大，制作难度就越大。

德国蔡司的镜头是人工打磨，属于传统谱学制成的EUV光镜。而EUV光镜决定着EUV光刻机的制程上限，基于传统谱学的EUV光镜很难满足硅基半导体未来发展的需求。即使是非常厉害的蔡司，往更高精度发展，也会越来越难以保证。

现下，北京大学掌握的这项新型扫描透射电子显微镜技术，就可以规避传统光谱镜头的局限性，能向更高精度发展。简单来说，光学镜头做不到的，电子镜头能做到。光学镜头能做到的，电子镜头也能做到，而且精确性更高。

加上上海光机所、长春光机所的极紫外光源技术和华卓精科双工件台技术，我国围绕EUV光刻机的相关技术正在陆续突破，接下就是提高精度，实现合围了。

国内光刻机技术的陆续突破，主要源于我们早就布局，并不是近年来才起步。这跟我们的高端科学仪器产业链一样，各项技术环节都在攻坚，相信不远的未来一定能够实现突破。