中国不走寻常路,暴力破解光刻机核心技术?真相如何?

深海看世界 2023-09-15 21:29:38

最近几天时间,光刻机再次引起了大家的极大关注,原因是很多人在网上流传,据说清华大学研究的SSMB-EUV光源有望打破封锁,解决我国高端光刻机的技术问题。

而且很多自媒体还举了很多夸张的标题,比如说清华大学SSMB-EUV光源是阿斯迈EUV光源的40倍。

看到这网友无比兴奋,觉得我国已经暴力破解光刻机核心光源技术,马上就要摆脱对外部的限制,从此我国的光刻机技术将独立自主,甚至把ASML甩在身后。

那真相到底是什么样的呢?

我们首先来看一下清华SSMB-EUV光源到底是怎么回事。

实际上清华大学早在2017年就开始研究SS MB-EUV光源了,而且很早就发表相关论文,我们不知道为什么最近一段时间被网友拿出来重新炒作。

在2017年的时候清华大学工程物理系成立了SSMB研究团队开始SSMB原理验证实验的理论分析和数值模拟。

2017年7月21日,唐传祥与赵午在清华组织召开首届SSMB合作会议,牵头成立了国际SSMB研究组,联合中、德、美等国家的科研人员,开始推动包括SSMB原理验证实验在内的各项研究。

经过近4年的努力之后,SSMB研究团队取得了成果,到了2021年2月25日,清华大学工程物理系教授唐传祥研究组与来自亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心(HZB)以及德国联邦物理技术研究院(PTB)的合作团队在顶尖期刊《自然》(Nature)上发表了题为“稳态微聚束原理的实验演示”的论文,论文主要是介绍一种新型粒子加速器光源“稳态微聚束”(Steady-state microbunching,SSMB)的首个原理验证实验。

由此可以看出,这个SSMB-EUV光源并不是清华大学独立研究,而是联合德国一些研究团队共同研究,而且在研究的过程当中有很多核心设备其实是由德国提供的。

比如在SSMB研究的过程当中需要加速器对电子纵向位置(相位)逐圈变化有非常高的控制精度,而德国PTB的MLS储存环在这一方面最接近SSMB的实验需求,所以清华大学的团队也只能跑到德国去实验。

也就是说这个SSMB-EUV光源早在2021年的时候已经有研究成果出来了,但最近两年时间我们并没有看到这个成果转化为实际的生产或者有相关的装备建设起来。

那为何两年之前的消息突然被大家拿出来炒作呢?

可能是因为最近一段时间芯片再次引起了大家的关注,尤其是国内某个大厂发布的一款新手机芯片性能比较先进,所以再次引起了大家对光刻机的讨论。

而且清华大学SSMB项目一直在不断推进。

根据河北清华发展研究院官网发布的信息显示。

在2022年底的时候SSMB项目就正式推动,

2022年12月6日,《河北雄安新区管理委员会、清华大学关于共同支持“稳态微聚束(SSMB)极紫外光源设施”项目的合作意向书》签订。

2023年2月23日,清华河北院一行考察项目选址,初步确定选址地点。

2023年3月19-20日,清华大学副校长曾嵘实地考察SSMB项目选址地点。

从清华大学河北研究院的动态来看,SSMB项目确实一直在推动,但至于目前的最新状态是什么?我们没有看到最新的消息,而且至于这个项目到底是用于科研还是用于生产,我们也没有看到具体的介绍。

SSMB项目真的能够突破光刻机核心技术,解决光刻机的问题吗?

大家都知道,光刻机是制造芯片非常关键的一个核心零部件,光刻机的技术水平直接决定着芯片工艺水平。

光刻机可以说是人类最复杂的一个设备之一,一台高端EUV光刻机光是零部件就达到了10万个以上,而且这里面很多核心零部件都有很高的技术含量。

其中光源是制约光刻机研究的最核心技术之一,光源的波长对光刻机的精度至关重要。

目前市场上所看到的普通光刻机波长大多都采用的是193nm,但荷兰阿斯麦EUV光割机所使用的光源是13.5nm。

这种光源制造难度非常大,目前全球真正能够生产这种光源的国家很少,基本上只有美国的Cymer能够提供。

但清华大学所研究出的SSMB项目有望突破这种技术垄断局面。

与传统光刻机光源小型化不同,SSMB项目的光源采用的是工厂集成的模式。

稳态微聚束(steady-state micro-bunching,SSMB)原理是采用激光操控储存环中的电子,然后形成具有精微纵向/时间结构的电子束团,即微聚束。

另外SSMB光源可提供高平均功率、窄带宽的相干辐射,波段可覆盖从太赫兹到软X射线,具有巨大的科学及产业应用前景。

这种装置生产出来的光源不仅可以达到13.5纳米用于生产EUV光刻机,而且未来还有可能进一步缩小,这是突破目前EUV光刻机光源瓶颈的主要技术路线之一。

所以从理论上来说,SSMB装置确实可以实现EUV光刻机生产所需要的光源。

不过这种SSMB模式最大的缺点是不能移动,必须建设一个大的基地来生产芯片,如果基地的芯片企业规模足够大,那就可以降低芯片的边际成本,提高芯片的生产效率。

但如果芯片企业比较少,那芯片边际成本就非常大了,就算能够生产出来估计也没有市场优势。

毕竟这种SSMB光源模式建设成本是非常高昂的,有可能达到几十亿甚至上百亿,另外在运行的过程当中耗费的成本也非常高昂,光是一年的电量就是一笔天文数字。

好在我国最大的优势就是芯片需求大,而且电量充足,电量成本也并不是很高。

如果SSMB这种模式确实能够大批量生产出5纳米以下的芯片,我相信肯定会有地方花大量的资金去建立一个芯片小镇,到时有很多芯片企业都会在里面生产,大家可以根据自己的工艺制成选择合适的光源,这就可以形成一个产业化的芯片基地。

所以从长期来看, SSMB这种光源还是有很大发展前景的。

不过从短期来看,想要利用SSMB光源来达到EUV光刻机生产所需的芯片工艺,我觉得不太现实,因为除了光源之外,包括镜片等很多核心技术都要共同进步才能够最终实现的目标。

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