11月30日，ASML布告联席总裁温宁克和范登布林克明年4月份退休，让你们们突然想给过去的一点史册做个小注脚。

　　看过《光刻巨人》的朋友势必对范登布林克(Martin van den Blink)念念不忘，他也正是三十年来ASML的武艺领途人。

　　去年范登布林克在采用采访时，曾呈现当今即将出货的High-NA EUV光刻机(NA=0.55)可能是ASML末端一代产品。固然业界如故着手在研究Hyper-NA(超NA，即NA0.7)，但老范以为它的成本会惊惶到不可能，约略来历是所有人能看到这一代产品还是把纠关同伙们逼到极限。(注：NA方便地谈，是来形色体例可能搜聚和聚焦若干的光)

　　用比EUV更短波长的光(射线)呢？也被破坏了。情由波长再消极，反射角放置会导致光蚀本到难以承袭，光说上反射镜倘若增大很多倍会导致光刻机变成个难以生产和运输的大怪物。

　　光刻这个词，全名叫Photolithography，简称Lithography大约Litho。Litho原义是一种印刷本事，利用油和水不相容的理由，把笔墨和空白分开。现代的胶板印刷，也是一模似乎的原理：印版搞到滚筒上，滚筒上有无图文小我亲水而有图文个人亲油(油墨)。彩色印刷呢，CMYK四种神态的油墨顺次上筒，但分明要担保每次套印一定要对齐。

　　请记取套印这个词(overlay)，也是把光刻机一步一步逼疯的合键之一。光刻内中的overlay，日常也是指区分层的图案对准的精度。印刷机的套印精度粗略是0.05mm，据谈如此就够骗过人眼了，而起源进的光刻机overlay精度是1nm，两者差了5万倍。

　　早期光刻机的意念和印刷真实也是一毛宛如的，有图案和没图案的处所经验光敏胶曝光再刻蚀分开，再三曝光要对齐，因而叫对齐机(Aligner)，台湾地域干脆叫它曝光机。

　　但所有人要真认为印刷就这么方便，那就灵敏了。印刷机的摆设不仅要精密企图印版的吸附外表能，也要思量水和油墨的外貌张力和流变特征，况且印刷速度越快温度越来越高，它们的粘度和厚度又会奈何改革？如何保证分裂颜色不会相互污浊？辞别纸张对阔别油墨的渗出是不是不一样？

　　大家要阐明光刻机的难度，同样供给分解它怎样束缚各式印刷的精度和材料及温度特性等问题。

　　光刻机从Aligner到Stepper(步进光刻机)，是一次微机电的升级，从一次曝光一整片晶圆到秃顶在晶圆上一步一步(Step and repeat)搬动曝光一个小方块，当时还用的是方便的汞灯。

　　Stepper跳级到Scanner(扫描光刻机)，来由激光光源越来越珍奇，秃头从方块光场酿成一条线扫描(和复印机那一条光原理横扫一样)。Scanner的死板完结技术难度成指数级数的上涨，来历这条光提供同步扫描光罩和晶圆。光罩(Reticle)也叫掩模(Mask)，犹如光罩更能显现泄露它和晶圆不是贴在一叙的。

　　一览无余，日本由于英华的稹密刻板和加工身手，在80、90年代各类极其精粹的家电中首屈一指，比如录音机、摄录像机、Walkman和Diskman等，后来乔布斯为了给第一代iPod装上硬币大小的微硬盘，也得去找东芝。

　　于是，在Stepper和Scanner的时候，日本尼康和佳能背靠着日本优势的严密仪器财产，加上两家本身在光学上就是天下一流，急速推翻了美系那些傻大黑粗。

　　但随着摩尔定律的发展，芯片尺寸越来越小曝光多达几十层，对齐套刻(overlay)的挑唆越来越高。日系的周详加工也是有极限的，好像日系消失电子资产从因袭改观到数字后蒙受惨败，软件局限是对呆板限制的降维阻拦。当代光刻是Stepper+Scanner+高精勘察+准备光刻等一堆的集成，因此叫Lithography System(这大要是今朝光刻机最正式的英文)。

　　所有人在之前的作品里屡次提到，日系产品的软件安放不行想议地离奇，譬喻多年后索尼夏普的彩电遥控器上仍旧密密层层的小按钮。不意会是不是日本文化更珍贵看得见摸得着的硬件，反正日系的软件基因向来发育不良。

　　网上大家都传，觉得浸入式光刻是尼康败于ASML的环节一战，所有人倒不这么认为。重入式自身也可算是呆板告竣，难度不算高，况且尼康也确实很快做出来了。

　　导致尼康腐败的，应该是ASML的双工台TwinScan。TwinScan的光刻机有非常十亿行代码，有大都的高精传感器和限度器来团结软件做到纳米级的勘测和定位。日系素来拿不出可以提前精测的双工台，这导致其刻板的临蓐效率明晰不如ASML，而临时然缺点率也会更高。

　　别的一个供应强依附软件的地位是所谓“企图光刻”。举例来讲，由于光刻胶自己物理和化学特色加上光本身的折射衍射，实在胶体的变性图案和模版并不能全盘彷佛，软件建模和改良则成为杀手锏。财富软件的症结便是建模，比方提前算好什么牌子的胶和什么角度的光纠闭出的线条严密度怎样，反过来再去从新安顿光罩，但分明这供应大量的汗青数据和算法库。激光自己也会带来镜片或液体温度的调动，软件企图后可能经过微呆板联动进举动态赔偿。

　　由于Mate 60系列的由来，迩来公共从来在筹商DUV分娩7nm芯片，这玩意比现阶段操纵EUV其实更复杂：体验添加CVD层spacer告竣自对准，四次曝光叠加才略完成第一层，这个overlay的精度供给1nm独揽。多重曝光大幅度提高了光刻在总本钱中的占比：昂贵的四个光罩加上四次浸没光刻时代本钱，而同理缺点也会倍增导致良率颓唐。

　　紧记梁老师在2020年开除信里提到，3年多实现从28nm到7nm研发的神奇三级跳。这种跳跃并没有配置上的离别，而是来自海峡对岸的工程师们在晶圆厂的know-how上面，做出了遗迹般的传递。

　　方今大家都仍旧分解，EUV是一个超越突出二十年的工程奇幻。那么，ASML结束做对了什么，能够竣工这样一个不能够的职分呢？

　　这个话题值得写一本书。但是，所有人们联想一下，借使大家是公司的店东，他们会如何做。全部人会去全天下找各个界线最顶尖的制造商，帮全部人按大家的高标准研发零部件，对吧？

　　不外，一个机型一年卖几十台，十万个零件，中心部件全是非标定制，每个零件的订货数量少得哀怜，提供商甘愿么？

　　以是，不单得叙情怀，我们要给有余的钱、多余的研发光阴、足够的实验、多余的迭代改正期间…

　　这大概就是尼康碰到的标题。日系的需要商大多也是日系，借使裙带企业不甘愿做，尼康只能消沉spec恳求。其它不像ASML没有退路孤注一掷，尼康自己又有相机、疗养仪器等大批另外产品，内里含糊扯皮也会更简单产生。

　　原来日本研发人员在1980年头就起首穷究EUV，同步加快器浮现光源(清华安顿的老祖先)和试验室曝光纳米级线多年前就告成了。

　　氙气是厥后大众相仿供认的显示EUV光的谋划，原故相对随便。在2000年前后有大批关系论文，包蕴英特尔在2004年装配的EUV试验装配也是用氙，尼康也押宝在氙，但结果依旧无法处置转嫁功用低和污浊问题。

　　ASML倒是老早就押宝在锡身上。锡并不是个很好的EUV规划，动手用激光击打固体锡总是显现大量碎片，并且锡片本身会障碍掉大半宝贵的等离子体。ASML简略做了10年锡EUV，在2010年第一代EUV NXE3100上，可用功率也只要10W。这是什么乐趣呢？粗略一小时只能生产几片晶圆，这种出力不会有人买单的。

　　同样，光叙情怀搞大概卡脖子的需要商。ASML在2012年走上绝说的象征，便是它把向日早些英特尔、台积电和三星置备其23%股份时容许的研发加入17亿美元，本身再加了9亿一股脑全用在高溢价收购激光光源需要商Cymer身上了。

　　工程师们用激光轰击液体锡滴，但锡滴是球型的，激光征战面自然是很小的。为了尽能够到达尽可能高的更动服从，锡滴越小越好，并且最好激光击打到一个凹进去的式样里。这种见识提给工程师此后，很难设念得给我们喝几许鸡血才行。

　　反正最后的预备是云云的，锡滴一小滴一小滴滴下来，先用粗劣量激光把锡滴打变形出来凹饼状，再用高能量激光打在凹坑里闪现名贵的EUV。听起来是不是也不算难？题目是，液滴只要30微米大，每秒5万滴以时速近300迈喷出来，然后两枪激光必须每一次都要准确地第一枪打凹，第二枪打在凹坑里：每秒10万枪。云云的高效能，究竟使得EUV光刻机的可发愤率抵达200多W，到达量产上百片晶圆目标。

　　在2004年ASML、尼康和佳能共同制定的EUV光源主意中，功率唯有110W，可见当时民众生机都不高。但今天，ASML仍然把目标定在450W了。

　　“全部人据谈ASML对晶圆台启动搬动的霎时光子的糜费都感应怜惜，出处EUV射线太宝贵了。为了包管产能，我们必定和工夫赛跑，尽可以抬高晶圆的移动速度，但台面飞速地加速和减速时，还不能呈现一丝觳觫。” —-《和时候参观者研究半导体》

　　为了尽可以提高曝光效能，晶圆台的挪动要越快越好，那么要多快呢？5个g的加疾度，同时量测快度是一秒钟2万次，包管晶圆台飞一般地挪动到切确的名望。那么标题来了，得设备什么样的传感器工夫准确到这种程度呢？

　　ASML官方谈，这些传感器的精度是60皮米，也就是0.06纳米。即使如斯，ASML觉得还没做够，我们完成了7个g的晶圆台加速度，如许可以抵达15秒经管一片晶圆，而在这15秒内要扫描曝光约100个位置。要会意晶圆台是托着12寸晶圆的大玩意，这么疾的移动速度，如何能不浮现游移和热量呢？

　　ASML之前的TwinScan台是氛围悬浮的，这样摩擦阻力可能很小。但随着芯片做到7nm以下，题目又来了，气悬的气氛会随着晶圆台高速移动崭露扰流，扰流会教养量测过问仪的精度，如许就难以达到纳米级对准了。

　　何如办呢？ASML咬牙把气悬浮改成了磁悬浮，这不就没氛围了么，也防御了氛围被加热的问题。但谈起来容易，磁浮会带来超强磁场，副恶果必定也得处分。

　　有小伙伴问，既然EUV明朗这么名贵，为什么要反射这么几次？每次要耗费近一半的光子呢，按一次50%亏折反射6次就只剩2%不到了。

　　对，尽管蔡司筑造的这些反射镜是地球上最平坦的平面(每个镜子有四五十层硅和钼交替的涂层，还得保障每层的厚度是EUV波长的一半)，仍然让EUV光蚀本惨重。

　　这里有好多叙求，一个是光不能率性拐弯，为了死板不是强盛塞不进飞机，光途计划要思考空间。不考虑空间的体育记者手里的大炮相机和思量空间的手机相机，判袂是很大的。较大的入射角也是不成的，会导致更多的相差和耗费。

　　EUV光子供给汇聚成线后先扫过光罩(也是镜子)，反射光提供减少到1/4再扫过晶圆上橡皮大的曝光区(Field)，这个缩短历程更需要残暴的对焦和光说调理，因而这些镜子并不是平面镜，而是带焦点的缩小镜。

　　听朋友传谣叙，蔡司一下手是不念玩这个嬉戏的，一年临蓐几十套这个镜子，能赚几个钱？并且为了坐蓐它们，提供几层楼高的超级真空腔和巨型机械手。更悲催的是做出来稍微有点短处，ASML还不要。

　　这个假话大意是线年ASML启动High-NA EUV项目时(其时Low-NA EUV还远未经过客户验证)，蔡司真的盘算撂挑子了。其时还不充裕的ASML咬牙花10亿欧元买下蔡司半导体部1/4的股份，再加上愿意异日6年给半导体部拨款7.6亿欧元。

　　High-NA EUV系统依然是ASML能看到的一条绝途了。题目是，边际小同伴们却感觉那大致是一条死谈。台积电和英特尔都对手里的ASML股票做了清仓式减持。

　　当前的EUV是一台1.5兆瓦的功率巨兽，激光就像带着火把在森林里放火，每到一处映现的温度改革都弗成防卫导致器件变形变异，而在高端芯片上是错开1.5nm凹凸层就对不上了。

　　我们说过带有芯片图案的母版光罩也是镜子，这玩意或者30万美元一个，高能激光会导致光罩是有寿命的。其余镜子上有点瑕玷还好，大不了丢几个光子，而光罩上的坏处则直接导致芯片失效。还有一个标题是，小的杂质颗粒会掉到上面。

　　素来调节师的思路是，EUV光路是全真空的，底子不必研究杂质的事。可实际情景是，鬼理解何处来的肉眼基本看不到的小对象。晶圆厂日常只能在发掘流毒后，停机把光罩摘下来干洗或湿洗，反正是亏本强大。

　　这个思谈倒是一点都不蠢，果然和工程师想的类似。但什么样的膜技能让名贵的EUV光线进去再反射回来还没蚀本呢？要懂得EUV打在上面能够升温突出600度呢。要明了玻璃都能罗致EUV我们才改用镜子的，这个膜得足够薄还要有有余的强度来包管平整。

　　没有明后蚀本是不可以的，好多厂家参预了搬弄但大多最终抛弃了。ASML自身做了多半尝试末了选了一款50nm厚的多晶硅膜，或者是姑娘面膜1/50000那么厚，可能可能竣工只亏本10%的EUV。ASML为了吸引客户，把这个膜做成主动的，自愿量测膜上的杂质，再用板滞手主动把它遮挡到光罩上。

　　固然仍旧字斟句酌了，但这10%的光泽耗损也让晶圆厂肝疼，谈理它很可能导致产能颓丧。而且这膜寿命也就扛一两天而已，是以晶圆厂对付小尺寸光罩无意就不消了。

　　这件事从一个侧面展示了而今光刻机的悲催之处，就是每一处轻微的改变都需要花强大的价格，这个价钱和收益经常是不能配合的。

　　不剖析英特尔往日的CEO和CTO是若何占定式样的，在10nm千般不顺倘佯了至少3年的处境下仍不笃信EUV是能用的，手握大量现金却错过了一举扳平台积电7nm的机会。

　　显着，英特尔的精通人不会两次在团结个地方绊倒，全部人决策比台积电更早愚弄High-NA EUV光刻机，在1.8nm级别(18A)时反超台积电。

　　虽然几许nm的芯片方今依旧周到是营销术语，但晶体管密度的抬高并不能造作。英特尔低调地不再宣称18A是用High-NA建造，只能寂然用良率不好限定的Low-NA多浸曝光来完结。

　　High-NA理论上并不是像EUV刚上马其时那么困难，一切事情都供应推翻重做，那它难在那边呢？

　　为了采集更多的珍奇EUV，对ASML最理想的环境是光罩的面积从6英寸大幅度增大到12英寸(光罩也是个反射镜)，这样产能(模糊量)也会更大。

　　但晶圆厂、光罩厂、检测筑树厂齐齐投了辩驳票，以致增大到7英寸都不协议，究竟全班人们要为光罩这么个破费品买单。

　　但High-NA就意味着更大的反射镜，压力全留给了ASML，然后转化给蔡司。据讲结尾光途中的反射镜有1米多宽，比平日EUV长了一倍。更悲催的是，这样的镜子从平时EUV的40公斤一片陡增到360公斤一片。

　　集体我也不了解。但看宣称稿，蔡司是用在壮大的真空室里用壮大的死板人抓着它的。

　　全部人回到光罩这个最混合的镜子上来，由于面积不许增大，图案区别率哀求入射角也不能增大，就只能采用x和y轴辨别中断倍数的反射镜了(也便是一个轴是哈哈镜)，终末到达晶圆的扫描光场是寻常EUV的一半大小，这算是到达0.55NA的折中安放。

　　听起来还好，但这个高精度哈哈镜和做平面镜的难度显明不是一个量级了。更同化的是扫描光场小了一倍，两个光场若何手法纳米级拼接呢？帮忙的量测编制又要大改。

　　又有一个烦的是，NA增大后结果光彩聚焦的焦深变浅了。光刻胶是一层三维立体的器材，多余的焦深才干使足够厚度的光刻胶罗致光能后变性。光刻胶得从头研发，别的晶圆的平整度条件比畴前更高了(否则浅焦深隐藏不了硅片外面升浸)，这又涉及到物业链一系列转动。

　　高NA还请求被挤爆牙膏的激光功率再一次提升，并且窒碍锡滴的激光从每秒5万滴再添加20%以上。不过，这种超级功率巨兽披发出的各种能量，又是引起整台板滞内里温度变形的各样要治理的贫穷。

　　总之，High-NA EUV并不是平常EUV的简单升级，这玩意儿险些是照着极限新设计一台，所以一个“跳级”又花了十年。悲催的是，Hyper-NA EUV将是同样地每个极限再打破全重来一遍，这便是范登布林克“消沉”的名望。

　　ASML在从前三十年大意出了五六千台光刻机。令人无比惊异的是，个中95%的呆滞如故在晶圆厂正常事项，其中包括了1800台《光刻巨人》里的传奇老死板PAS5500。在中国也有大都外洋流入的二手死板在跑，ASML每年也在翻新和保卫大量老呆滞。

　　这便是音讯时候的力气。人类音讯本领和留存对芯片需求爆炸性的增进，给了光刻机接连滋生和起色的空间。