在“追光實(shí)驗(yàn)室”上海站啟動(dòng)儀式上，阿斯麥（ASML）中國(guó)區(qū)總裁沈波笑言，隨著近年來(lái)半導(dǎo)體的社會(huì)關(guān)注度上升，ASML已經(jīng)成功出圈，從一家只有業(yè)內(nèi)人士了解的隱形冠軍，成為全民都能談?wù)搸拙涞木W(wǎng)紅公司，幾乎每天都能看到與ASML相關(guān)的報(bào)道和話(huà)題。ASML中國(guó)區(qū)技術(shù)總監(jiān)高偉民甚至總結(jié)了媒體報(bào)道中對(duì)ASML的描述，他表示，專(zhuān)業(yè)媒體的形象化描述令人印象深刻，這種方式讓大眾很好理解，專(zhuān)業(yè)度也較為到位。

ASML中國(guó)區(qū)總裁沈波

但畢竟光刻機(jī)極其復(fù)雜精妙，有人類(lèi)最復(fù)雜精密儀器的美名，難以全部用形象化描述來(lái)解讀，為了讓專(zhuān)業(yè)觀眾更深入了解光刻機(jī)原理，高偉民給與會(huì)媒體上了一堂技術(shù)課。

光刻機(jī)工作流程

半導(dǎo)體制造流程很長(zhǎng)，前道制造大體可以分為七個(gè)環(huán)節(jié)，即涂膠、光刻、烘烤、刻蝕、離子注入、去膠、沉積，光刻是七大環(huán)節(jié)之一，也是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，直接決定了半導(dǎo)體產(chǎn)線(xiàn)能夠加工的晶體管尺寸大?。垂に嚬?jié)點(diǎn)）和產(chǎn)出率。據(jù)西南證券收集的數(shù)據(jù)，光刻環(huán)節(jié)耗時(shí)占晶圓制造全流程的40%至50%，光刻工藝成本占芯片生成成本的30%左右。

圖源：ASML年報(bào)

據(jù)高偉民介紹，光刻環(huán)節(jié)有三種設(shè)備聯(lián)合工作，分別是光刻機(jī)、涂膠顯影機(jī)和檢測(cè)機(jī)。自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)將待加工的晶圓送到涂膠顯影機(jī)上去涂光刻膠，涂完光刻膠的晶圓被送入光刻機(jī)進(jìn)行曝光，曝光完成后的晶圓需要送回涂膠顯影機(jī)進(jìn)行顯影，顯影完成的晶圓通過(guò)檢測(cè)機(jī)檢測(cè)合格以后進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)，如果檢測(cè)不合格，晶圓將被送回返工。

ASML中國(guó)區(qū)技術(shù)總監(jiān)高偉民

從功能劃分上，光刻機(jī)大致可以分為光源、光通路、掩膜版、投影物鏡和晶圓加工區(qū)等幾部分。在工作時(shí)，光刻機(jī)把掩膜版做好的圖形通過(guò)投影鏡，縮小四倍后照射在晶圓上，涂了光刻膠的晶圓發(fā)生化學(xué)變化，再送回涂膠顯影機(jī)進(jìn)行顯影。為提高產(chǎn)能，晶圓運(yùn)動(dòng)速度極高，光刻機(jī)要在高速動(dòng)態(tài)下完成光刻動(dòng)作，控制精度在1到2個(gè)納米之內(nèi)，為保證高精度完成光刻動(dòng)作，光刻機(jī)內(nèi)置了成千上萬(wàn)個(gè)傳感器，通過(guò)大量參數(shù)反饋來(lái)對(duì)光刻動(dòng)作進(jìn)行控制?！斑@是一個(gè)非常非常難的機(jī)器，難以想象的精密儀器?！备邆ッ裾f(shuō)道。

圖源：網(wǎng)絡(luò)

在《ASML光刻機(jī)PK 原子彈，難度？》這篇文章中，就曾形象地描述：現(xiàn)在[敏感詞]的EUV光刻機(jī)可以做到的“雕刻精度”是7nm，這相當(dāng)于一根頭發(fā)的萬(wàn)分之一。在雕刻的過(guò)程中晶圓需要被快速移動(dòng)，每次移動(dòng)10厘米，可是誤差必須被控制在納米級(jí)別。這種誤差級(jí)別相當(dāng)于眨眼之間端著一盤(pán)菜從北京天安門(mén)沖到上海外灘，恰好踩到預(yù)定的腳印上，菜還保持端平不能灑。

一個(gè)公式打天下

光刻機(jī)決定了半導(dǎo)體工藝尺寸，那么什么決定光刻機(jī)的加工精度呢？高偉民介紹，ASML在光刻領(lǐng)域的創(chuàng)新，主要從阿貝公式入手。阿貝公式是光學(xué)設(shè)備分辨率公式，在ASML每個(gè)辦公室的顯著位置，都可以發(fā)現(xiàn)這個(gè)公式：CD =K1*λ/NA。該公式顯示，光學(xué)系統(tǒng)最小分辨尺寸和三個(gè)參數(shù)有關(guān)，[敏感詞]個(gè)是波長(zhǎng)（λ），第二個(gè)是數(shù)值孔徑（NA），第三個(gè)是工藝因子或制程因子（K1）。即波長(zhǎng)越小，能夠分辨的尺寸就越小，分辨率越高；數(shù)字孔徑越大，能夠分辨的尺寸也越小，分辨率也越高；工藝因子越小，可分辨尺寸越小，分辨率越高。

圖源：ASML年報(bào)

減小光源波長(zhǎng)是光刻機(jī)提升加工精度的主要技術(shù)方向。市場(chǎng)主流光刻機(jī)的光源波長(zhǎng)，也從1980年代的436納米（所謂g-Line），縮小到如今13.5納米的極紫外波長(zhǎng)。在光刻機(jī)領(lǐng)域，ASML并不是一開(kāi)始就像現(xiàn)在這樣一枝獨(dú)秀，在g-Line（436納米波長(zhǎng)光源）和i-Line（365納米波長(zhǎng)光源）時(shí)代，日本廠商優(yōu)勢(shì)明顯，進(jìn)入248納米光源之后，ASML逐漸追上。

據(jù)高偉民介紹，2003年左右，ASML等光刻機(jī)廠商還開(kāi)發(fā)過(guò)157納米波長(zhǎng)的光源，但由于配套材料不過(guò)關(guān)，157納米光源并未投入商用，這反而因禍得福，ASML在193納米波長(zhǎng)的光源上開(kāi)發(fā)出浸潤(rùn)式光刻技術(shù)，進(jìn)一步擴(kuò)大對(duì)日本廠商的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

圖源：網(wǎng)絡(luò)

加大數(shù)值孔徑是增加分辨率的另一個(gè)方向。但鏡頭尺寸有物理極限，主流光刻機(jī)的鏡頭尺寸已經(jīng)非常大，再把鏡頭做大從成本和工程實(shí)現(xiàn)上來(lái)說(shuō)都不太現(xiàn)實(shí)。但如果改變晶圓光路介質(zhì)，提高折射率，就相當(dāng)于擴(kuò)大數(shù)值孔徑，這就是浸潤(rùn)式原理。

浸潤(rùn)式光刻機(jī)將晶圓的光路介質(zhì)由空氣替換成水，增加了折射率，從而提升了分辨率。

除了波長(zhǎng)和數(shù)值孔徑，ASML還在光源優(yōu)化方面做了很多研究，以提升光刻機(jī)分辨率。計(jì)算光刻就是光源優(yōu)化的重要技術(shù)，ASML將之歸類(lèi)為阿貝公式中的K1，即制程因子。針對(duì)給定光學(xué)圖形，ASML光刻機(jī)通過(guò)計(jì)算光刻機(jī)技術(shù)得出[敏感詞]光照形貌，設(shè)置微鏡陣列將[敏感詞]光照形貌投射到晶圓上進(jìn)行光刻，從而提高加工精度。

跨過(guò)理論到工程實(shí)現(xiàn)的鴻溝

阿貝公式如此簡(jiǎn)潔，日本廠商又在光學(xué)領(lǐng)域積累深厚，那么ASML是如何在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中殺出重圍的呢？在沈波和高偉民的講解中，大概可以得出答案，即重視研發(fā)、勇于嘗試、負(fù)有使命。

以浸潤(rùn)式光刻工藝為例，原理非常簡(jiǎn)單，但在工程實(shí)現(xiàn)上挑戰(zhàn)極大。只是將光路介質(zhì)從空氣換成水，就要考慮幾點(diǎn)：如何保證水流過(guò)光刻膠不產(chǎn)生雜質(zhì)和氣泡，水流和晶圓高速摩擦產(chǎn)生的熱如何散發(fā)，怎樣均勻化水流的熱場(chǎng)......

單是如何將水放置到對(duì)應(yīng)的光刻位置，就是一個(gè)極大的技術(shù)難題。ASML用氣體將水穩(wěn)定在既定光刻位置，巧妙地解決了這個(gè)問(wèn)題，但在如何讓水在氣體內(nèi)流動(dòng)、氣流和水流之間如何平衡、水流如何通過(guò)氣流散熱等技術(shù)點(diǎn)上，ASML花了大量的時(shí)間才得以解決。

此外，浸潤(rùn)式光刻還需要加大鏡頭尺寸，以滿(mǎn)足水作為光路介質(zhì)時(shí)的應(yīng)用需求。高偉民表示，和干式光刻的光學(xué)系統(tǒng)區(qū)別巨大，浸潤(rùn)式光刻的技術(shù)改變遠(yuǎn)比原理實(shí)現(xiàn)上看起來(lái)要復(fù)雜。

雙工件臺(tái)是另一個(gè)例子。半導(dǎo)體工藝集成度不斷提高，能加工的線(xiàn)寬越來(lái)越小，為了保證良率仍能滿(mǎn)足大批量工程生產(chǎn)的要求，光刻機(jī)在光刻過(guò)程中需要進(jìn)行的參數(shù)測(cè)量和狀態(tài)監(jiān)控越來(lái)越多，測(cè)試參數(shù)增多導(dǎo)致測(cè)量時(shí)間加長(zhǎng)，從而造成產(chǎn)能下降。采用雙工件臺(tái)并行加工是ASML給出的解決方案，在雙工件臺(tái)上，一次進(jìn)入兩個(gè)晶圓，一個(gè)晶圓做光刻，另一個(gè)晶圓做測(cè)試，這樣就既能滿(mǎn)足先進(jìn)工藝對(duì)加工過(guò)程中測(cè)試測(cè)量的要求，也提高了產(chǎn)出率。據(jù)高偉民介紹，相比單工件臺(tái)，雙工件臺(tái)產(chǎn)出率提升了約三分之一。億

雙工件臺(tái)在工程實(shí)現(xiàn)上也有很多挑戰(zhàn)，增加一個(gè)加工區(qū)域之后，整個(gè)平臺(tái)直徑約有兩三米，這么大的部件高速運(yùn)動(dòng)時(shí)還要做到納米級(jí)精度，對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制和散熱的要求極高，ASML將之前的氣動(dòng)平臺(tái)改為磁懸浮平臺(tái)，從而讓“大塊頭”也能靈活運(yùn)動(dòng)。

以推動(dòng)行業(yè)發(fā)展為使命

現(xiàn)如今，半導(dǎo)體制造不斷逼近物理極限，作為半導(dǎo)體制造工藝中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，光刻技術(shù)發(fā)展成為整個(gè)行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，在EUV光刻技術(shù)上ASML一騎絕塵，長(zhǎng)期在無(wú)人區(qū)探索。如同高偉民所言，“ASML創(chuàng)新到什么程度，決定了產(chǎn)業(yè)能發(fā)展到什么階段?！?

產(chǎn)業(yè)進(jìn)步靠科技，科技發(fā)展靠人才，作為行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，ASML極其重視人才發(fā)展，研發(fā)投入占到銷(xiāo)售額的15%到20%，2020年財(cái)報(bào)顯示，ASML研發(fā)投入達(dá)到22億歐元，全球有超過(guò)一萬(wàn)名工程師。在中國(guó)區(qū)的1000多名員工中，工程師比例很高，ASML在中國(guó)設(shè)有兩個(gè)研發(fā)中心，沈波分享道：“過(guò)去的20年來(lái)，ASML中國(guó)在人才培養(yǎng)上取得的成就，歸功于我們獨(dú)特的人才培養(yǎng)體系和ASML 營(yíng)造平等、尊重、包容和多元的環(huán)境。在幫助員工工作和成長(zhǎng)的過(guò)程中，無(wú)論是項(xiàng)目戰(zhàn)略發(fā)展，還是職業(yè)規(guī)劃，員工都可以充分表達(dá)個(gè)人想法，在這里充分挖掘潛能，推動(dòng)創(chuàng)新產(chǎn)品服務(wù)的迭代升級(jí)?！?

為了讓中國(guó)[敏感詞]人才參與到光刻技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，也為了更好支持中國(guó)本土客戶(hù)，ASML將向全國(guó)招聘上百個(gè)職位，覆蓋全方位光刻解決方案的各塊業(yè)務(wù)，提供如光刻設(shè)備方面的客戶(hù)服務(wù)工程師、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師、裝機(jī)工程師等，計(jì)算光刻算法工程師、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師、產(chǎn)品工程師等，以及量測(cè)檢驗(yàn)方面的電子工程師等崗位。

沈波表示，ASML存在的使命，就是去解放產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿?，將技術(shù)極限不斷向前推進(jìn)。他說(shuō)：“通過(guò)探索前所未有的技術(shù)，去解決人類(lèi)面臨的挑戰(zhàn)，如果我們進(jìn)步，半導(dǎo)體行業(yè)就無(wú)法進(jìn)步?！?

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