华为EUV光刻机来了？

光子盒研究院出品

11月15日，国家知识产权局公布了华为的一项新专利“反射镜、光刻装置及其控制方法”(CN115343915A)[1]，与EUV(极紫外)光刻机有关。

众所周知，荷兰公司ASML垄断了全球高端芯片的光刻技术，该公司最先进的EUV光刻机已成为半导体大规模量产和工业化不可或缺的设备，也是未来工艺制程延续的保障。但中国迄今为止没有任何一台EUV光刻机，华为芯片困局也由此而来。

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华为做了什么？

我们先来看看，华为的新专利含金量几何？

这项专利摘要显示，本申请提供一种反射镜、光刻装置及其控制方法，涉及光学领域，能够解决相干光因形成固定的干涉图样而无法匀光的问题；该反射镜的反射面包括多个微反射面；多个微反射面中包括第一微反射面以及与第一微反射面相邻的第二微反射面；第一微反射面与第二微反射面之间具有高度差Δh，高度差Δh位于(0，kλ]的区间内；其中，λ为极紫外光的波长；k为大于或等于1的正整数。

具体而言，这项专利可以解决EUV光刻机的一个重要问题。

随着半导体工艺向7nm及以下节点的推进，极紫外(extreme ultraviolet，EUV)光刻成为首选的光刻技术。相关技术的EUV光刻机中采用强相干光源在进行光刻时，相干光经照明系统分割成的多个子光束具有固定的相位关系，当这些子光束投射在掩膜版上叠加时会形成固定的干涉图样，出现有明暗变化、光强不均匀的问题，因此必须先进行去相干处理(或者采用避免相干影响)，达到匀光效果，以保证光刻工艺的正常进行。

本申请提供一种反射镜、光刻装置及其控制方法，能够解决相干光因形成固定的干涉图样而无法匀光的问题。

本专利中的装置

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华为EUV光刻机来了吗？

那么，这项专利在EUV光刻机中能发挥多大作用呢？

根据《极紫外光刻光源的研究进展及发展趋势》[2]，EUV光刻机最关键的六大分系统为EUV光源、照明系统、投影物镜、掩模台、双工件台、对准套刻系统。

先来说为什么需要极紫外光？因为一个很简单的道理，波长越短，精确度越高。从光源发展情况来看，光刻机经过了五次迭代。从最初紫外波段的高压放电汞灯g-line(436 nm)到i-line(365 nm)，再发展到深紫外波段的准分子激光器KrF(248 nm)和ArF(193 nm)，目前最先进的极紫外光刻机采用13.5 nm的极紫外光，其光源波长缩小到了g-line的1/30。

193 nm及以上波段光源的光刻机普遍使用折射式光学系统，波长为13.5 nm光源的EUV光刻机则采用反射式光学系统，这是由极紫外波段材料特性决定的。

EUV光刻机对反射镜的要求非常高，因为大多数材料会吸收极紫外光，因此会吸收系统中的光。为此，ASML公司开发了一种全新的光学系统，该系统在真空室内使用超光滑的多层反射镜。每个反射镜都有超过100层材料，这些材料经过精心挑选和精确设计，可以最大限度地反射EUV光。反射镜需要极其苛刻的平整度，被抛光到小于一个原子厚度的光滑度。

实际上，反射镜对于下一代光刻机的开发也至关重要。目前，ASML正在开发下一代EUV平台，将数值孔径从0.33 NA增加到0.55（“High-NA”）。提供比当前的EUV平台高70%的分辨率能力。High-NA平台将支持5 nm以下的工艺。

但这只是EUV光刻机众多环节中的一项，实际上EUV光源是其中最为核心的分系统，也是EUV光刻机实现稳定运行的最大难点。

首先，将光的波长缩短本身就不容易，因为EUV光只存在于外太空，为了使EUV光刻成为可能，ASML开发了一种全新的方法来为光刻产生光。

在激光等离子体(LPP)光源中，直径约25微米的熔融锡液滴以每秒70米的速度从生成器中喷出。当它们下落时，液滴首先被低强度激光脉冲击中，将它们压扁成煎饼形状。然后一个更强大的激光脉冲蒸发扁平的液滴，以产生发射极紫外光的等离子体。为了产生足够的光来制造微芯片，这个过程每秒重复50000次。这一过程对于激光和液滴的生成都提出了很高的要求。

最后，即使每一个环节都成功攻克，工程化挑战也摆在面前。一台EUV光刻机重达180吨，需要40个集装箱运输，安装调试都要超过1年时间。ASML用于7 nm工艺的EUV光刻机共有10万个零件，其中90%的关键设备来自世界各国。实际上，ASML只负责整机设计与各模块集成，该公司离不开全球上、下游产业链5000多个供应商提供的用于生产光刻系统的材料、设备、零部件和工具的支撑。

根据国外专家的预测，目前中国光刻技术与ASML的差距至少有十年。但这并不稀奇，因为中国要开发高端光刻机，相当于是与西方几十个国家的竞争。一个大国实现技术追赶都不是一朝一夕的事，何况乎华为一家企业？

参考链接：

[1]http://epub.cnipa.gov.cn/Dxb/PatentDetail

[2]https://www.opticsjournal.net/Articles/OJe83bd70142deb50a/Abstract

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