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    光刻厂落地雄安?中国电子院否认!真相是啥?

    Carol Li ? 来源:电子发烧友网 ? 作者:李弯弯 ? 2023-09-20 08:56 ? 次阅读

    电子发烧友网报道(文/李弯弯)近期,各大视频平台疯传一条消息,称清华大学EUV项目,把ASML的光刻机巨大化,实现了光刻机国产化,并表示这个项目已经在雄安新区落地,还在视频中配了下面这张图,表示图片中的项目就是光刻厂。

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    中国电子院对此回应称,该图片中的项目并不是国产光刻机工厂,而是北京高能同步辐射光源项目(HEPS)。该项目坐落于北京怀柔雁栖湖畔,是国家“十三五”重大科技基础设施,它是我国第一台高能量同步辐射光源,也是世界上亮度最高的,第四代同步辐射光源之一,早在2019年就开始建设,将于2025年底投入使用。

    清华大学SSMB为EUV光源提供思路

    光刻机是生产大规模集成电路的核心设备,制造和维护需要高度的光学和电子工业基础,世界上只有少数厂家掌握。光刻机的作用是扫描曝光芯片晶圆,刻蚀集成电路。精度越高的光刻机,能生产出纳米尺寸更小,功能更强大的芯片。

    而小于5nm的芯片晶圆,只能用EUV光刻机生产。目前,荷兰ASML掌握了90%以上的高端光刻机市场份额。最新的两代高端光刻机领域,即浸入式(Immersion)和极紫外线式(EUV)光刻机,全部由ASML掌握核心技术。

    在当前的国际贸易形势下,国产光刻机技术亟待突破。然而EUV光刻机有几个技术难点,一是EUV光源系统,二是光学镜头,三是双工件台系统。今天这篇文章我们主要谈谈光源,光刻对EUV光源要求很高,要有很高的功率,同时还必须要是稳定均匀的,很难做到。

    很多人将“北京高能同步辐射光源项目”误认为是“清华大学EUV项目”,而且能够在网络上疯传,很大的原因在于,人们太过迫切地希望国产光刻机实现突破,而EUV光源的突破是其中的关键技术之一。

    事实上,清华大学确实在这方面有所进展。2021年,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《自然》(Nature)上发表了题为“稳态微聚束原理的实验演示”(Experimental demonstration of the mechanism of steady-state microbunching)的研究论文,报告了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。

    基于SSMB原理,能获得高功率、高重频、窄带宽的相干辐射,波长可覆盖从太赫兹到极紫外(EUV)波段,有望为光子科学研究提供广阔的新机遇。

    SSMB概念最早由斯坦福大学教授、清华大学杰出访问教授赵午与其博士生Daniel Ratner于2010年提出。赵午持续推动SSMB的研究与国际合作。2017年,唐传祥与赵午发起该项实验,唐传祥研究组主导完成了实验的理论分析和物理设计,并开发测试实验的激光系统,与合作单位进行实验,并完成了实验数据分析与文章撰写。

    唐传祥表示,“SSMB光源的潜在应用之一是作为未来EUV光刻机的光源。”大功率的EUV光源是EUV光刻机的核心基础。唐传祥介绍说:“大功率EUV光源的突破对于EUV光刻进一步的应用和发展至关重要。基于SSMB的EUV光源有望实现大的平均功率,并具备向更短波长扩展的潜力,为大功率EUV光源的突破提供全新的解决思路。”

    可以看到,清华大学的SSMB光源确实可以为EUV光刻机光源提供解决思路,然而从当时的情况来看,该研究还只是完成实验验证。清华大学也在积极支持和推动SSMB EUV光源在国家层面的立项工作。清华SSMB研究组已向国家发改委提交“稳态微聚束极紫外光源研究装置”的项目建议书,申报“十四五”国家重大科技基础设施。

    目前该项目的具体进展情况并未对外公布,不过可以肯定的是,最近网络上流传的那张图片,并不是清华SSMB的项目,而是北京高能同步辐射光源项目(HEPS)。

    同步辐射光源能否用于EUV光刻

    那么,北京高能同步辐射光源项目(HEPS)是干嘛用的呢?它跟光刻机有没有关系?根据中国电子院的介绍,它的作用是通过加速器,将电子束加速到6GeV,然后注入周长1360米的储存环,用接近光速的速度保持运转,电子束在储存环的不同位置,通过弯转磁铁或者各种插入件时,就会沿着偏转轨道切线的方向,释放出稳定、高能量、高亮度的光,也就是同步辐射光。

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    同步辐射光源是指产生同步辐射的物理装置,它是一种利用相对论性电子(或正电子)在磁场中偏转时产生同步辐射的高性能新型强光源。电子同步加速器的出现,特别是电子储存环的发展,推动了同步辐射的广泛应用。同步辐射的早期研究是在电子同步加速器上进行的,有人把它称为第零代光源。

    人们从上世纪40年代开始制造并利用同步辐射光源,服务于物理、化学、生命科学、医学等领域。数十年间,同步辐射光源不断升级。大家可能知道的上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,简称 SSRF),是一台高性能的中能第三代同步辐射光源。

    工程包括三大加速器,分别是一台150MeV的电子直线加速器、一台能在0.5秒内把电子束能量从150MeV提升到3.5GeV的全能量增强器和一台周长432米的3.5GeV高性能电子储存环,由中国科学院上海应用物理研究所承担建造。上海光源位于上海浦东张江高科技园区,工程于2004年12月25日动工,于2009年4月完成调试并向用户开放。

    如今,北京怀柔的高能同步辐射光源项目(HEPS),是第四代同步辐射光源,它将是中国拥有的第一台高能量同步辐射光源。简单的说,HEPS可以看成是一个超精密、超高速、具有强大穿透力的巨型X光机,它产生的小光束可以穿透物质、深入内部进行立体扫描,从分子、原子的尺度,多维度地观察微观世界。HEPS是进行科学实验的大科学装置。

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    那么同步辐射光源是否能够用于EUV光刻呢?清华大学去年在物理学报刊登的一篇综述里,列出了几类光源的特点:LPP,即laserproduced plasma,激光等离子体EUV 光源,荷兰ASML采用的就是这种光源;SR,同步辐射,其特点是技术成熟,但EUV光功率达不到EUV光刻大规模量产需求;还有SRF-FEL,这是基于超导直线加速器技术的高重频FEL,和上文提到的清华大学研究的SSMB光源。

    可以看到,同步辐射用于EUV光刻,它有一个很明显的问题在于功率达不到大规模量产需求。事实上,此前也有厂商在做同步辐射光刻的的研究,比如英特尔,然而都只是停留在研究的阶段,从原理上来说,同步辐射确实可以用于光刻,然而同步辐射通常是超大的科学装置,要将其在世界各地的工厂中实现商用,却存在难度。

    总结

    过去几年,我国半导体产业发展迅速,然而在光刻机的技术突破上却存在难度,这也成了举国上下关注的焦点,因此一有风吹草动便在网络上引起“轰动”。比如,这次误将“北京高能同步辐射光源项目(HEPS)”传成“光刻厂”事件。虽然我们热切期待进展,但是面对网络上还未证实的消息,仍需理性对待。

    值得一提的是,经过这些年的努力,事实上,国产EUV光刻机在光源系统、光学镜头、双工件台系统这三大技术难关上,都取得了一定的研究进展。就比如光源,除了上述提到的清华大学SSMB的研究,今年4月长春光机所还展示了EUV光源样机,这相当于是等验收就能交付客户使用了。相信随着各项技术的逐个突破,国产EUV光刻机会比预想的更早来到。




















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