光刻機(jī)做成“光刻廠”，靠不靠譜？

Callejon

距離華為Mate 60 pro突然開售已經(jīng)過去半個月，線上預(yù)訂的粉絲們最近都陸續(xù)收到了新機(jī)。

但由于華為官方一直沒有召開手機(jī)發(fā)布會，因此這款手機(jī)上依然有非常多的謎團(tuán)等待解開。

就例如，這顆突然“空降”的麒麟9000s處理器，究竟算不算5G芯片？華為又是如何在重重封鎖下，“手搓”這顆純國產(chǎn)芯片呢？

在這里，我們就不對華為背后的技術(shù)和進(jìn)行過多揣測，但可以肯定的是，國產(chǎn)光刻機(jī)技術(shù)在近期有不小的突破。

巧的是，就在最近，一項來自清華大學(xué)的光刻機(jī)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上火了起來，簡單來說，就是把光刻機(jī)做得足夠大，就能生產(chǎn)出EUV光刻機(jī)需要的光源。

這樣的腦洞，不僅路人們聽上去玄乎，就連不少技術(shù)人員也表示了驚嘆。

一時間，網(wǎng)上的解讀和質(zhì)疑聲也是層出不窮。

什么是SSMB

這項由清華大學(xué)提出的技術(shù)，專業(yè)術(shù)語名叫“穩(wěn)態(tài)微聚束”（steady-state micro-bunching），簡稱SSMB，是一種新型的粒子加速器光源。

最早由清華大學(xué)杰出訪問教授趙午教授與其博士生于2010年提出，并在2017年，與清華大學(xué)工程物理系教授唐傳祥合作，共同發(fā)起理論實(shí)驗(yàn)。

在2022年的中國物理學(xué)會秋季學(xué)術(shù)會議上，研究組成員潘志龍?zhí)岬搅擞蒘SMB技術(shù)造出來的光刻機(jī)，叫作“SSMB-EUV”光刻機(jī)，而這也正是最近討論的話題的來源。

圖源 |寇享學(xué)術(shù)

SSMB背后涉及的原理非常復(fù)雜，筆者并不能完全解釋，所以這里就結(jié)合幾位科普博主的講解視頻，簡單進(jìn)行一點(diǎn)概括。

首先，光刻機(jī)的原理，是利用光刻機(jī)發(fā)出的光源，通過設(shè)定好圖形的光罩，對涂有光刻機(jī)的硅板進(jìn)行曝光，從而“刻”出電子線路圖，再進(jìn)行一些后期加工，最終形成芯片的雛形。

如果光源的波長越短、功率越大，這樣的“光刀”就更加鋒利，“雕刻”出來的電子線路圖也就更加精密，芯片的性能與算力也就越強(qiáng)。目前，波長僅為13.5nm的極紫外光（EUV），是高端芯片的唯一選擇。

從電磁波譜上看，EUV已經(jīng)非常接近X-射線，這么高的能量，單靠物理操作很難實(shí)現(xiàn)。

ASML采用的是LPP模式，通過一臺功率大于20 kW的CO2氣體激光器轟擊液態(tài)錫，形成等離子體，從而產(chǎn)生極紫外光。

圖 |LPP-EUV

在找到EUV光源解決方案后，加上多年以來的光刻技術(shù)，ASML做出業(yè)內(nèi)最頂尖的EUV光刻機(jī)，最終壟斷了整個市場。

值得一提的是，為ASML提供EUV技術(shù)的是美國公司Cymer，這是全球唯一能夠提供商用EUV光源的公司，國內(nèi)自然無法從外部解決光源問題。

不過，實(shí)現(xiàn)EUV光源的方案不止一種，清華大學(xué)團(tuán)隊想到了用加速器加速電子，從而產(chǎn)生高功率的輻射。

簡單來說，電子只要加速運(yùn)動，就會發(fā)射電磁波，理論上只要加速度夠快，那么必然出現(xiàn)符合EUV波長的“光子”。

但光有一個“光子”還不夠，想做光刻機(jī)需要穩(wěn)定的“光束”。

研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電子束繞過加速器后，受到磁場的作用，會形成精細(xì)的微結(jié)構(gòu)，這種就是“微聚束”。

圖源 | 《自然》雜志

再讓這些微聚束穿入激光陣列，通過激光與電子的相互作用，形成有一定間隔，相對聚集的排列，就這樣，微聚束被“穩(wěn)態(tài)”地保持了。

就這樣，穩(wěn)態(tài)微聚束呈現(xiàn)出極紫外光的高功率與短波長，算得上一種全新的EUV光源解決思路。

光刻機(jī)做成“光刻廠”，靠不靠譜？

解釋完SSMB技術(shù)，光刻廠又是怎么一回事？

在網(wǎng)上，有人把“SSMB-EUV”光刻機(jī)稱作光刻工廠，甚至給出了工廠所在的地河北雄安新區(qū)，并貼出了相關(guān)圖片（注：網(wǎng)傳圖片為高能同步輻射光源項目，并非SSMB設(shè)施）。

據(jù)悉，除了3nm工藝外，4nm、7nm、14nm、28nm，但凡你聽說過的芯片制程工藝，都能在這個光刻工廠里解決。

圖源 | 微博

為了更好地理解，有人形象地將光刻工廠比喻成籃球架——如果說以前最中心的籃筐里（3nm）難度很大，那么就多加幾個籃筐（其他工藝），只要投籃次數(shù)夠多，總能投到最中心籃筐，而投不進(jìn)的話，掉到其他籃筐里也能得分。

從原理上來說，光刻工廠和SSMB技術(shù)確實(shí)有很大的關(guān)聯(lián)性，都是利用電子束加速產(chǎn)生電磁波，從而得到對應(yīng)的波長。由于粒子加速器體積大（加速器周長100-150米），同時需要很多配套設(shè)施，因此占地規(guī)模大也非常正常。

當(dāng)然，方案可行，實(shí)施起來并沒有那么容易。

首先，從官方新聞稿看，這次在雄安新區(qū)落地的SSMB-EUV光源設(shè)施項目更接近科研用途，而不是實(shí)際生產(chǎn)。

從研發(fā)進(jìn)程來看，SSMB-EUV技術(shù)在2021年在《Nature》雜志上正式刊登，通過原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，想在短時間內(nèi)跨過下一步驗(yàn)證，走向商用，還要一定時間。

其實(shí)，不論是光刻機(jī)還是光刻工廠，光源只是光刻機(jī)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，其他配套設(shè)備同樣不可或缺。

作為一種全新的方案，其他國產(chǎn)替代設(shè)備是否適配SSMB-EUV技術(shù)，還是一個未知數(shù)。

最后，就是不少人提到的能源消耗和使用成本高的問題，雖然后續(xù)可以通過建造多條生產(chǎn)線將成本攤薄，但這就需要極強(qiáng)的規(guī)劃能力和長期運(yùn)營能力。

總之，方案有了，思路有了，光刻工廠值得期待，但距離實(shí)際生產(chǎn)還有一段距離。

fiyu1314

   不懂，不過看這個宣傳方式就不是好事，大家都知道一個道理叫悶聲發(fā)大財。這種短視頻天天講的，肯定是有某些目的的。
   如果技術(shù)原理沒問題，合理的經(jīng)濟(jì)投入，優(yōu)秀的管理團(tuán)隊，優(yōu)秀的技術(shù)團(tuán)隊再加時間，應(yīng)該是沒問題的。但是這種宣傳就容易有資本介入，也容易引起一些居心不良的人或者國家注意，到時候收買或者安插幾個，可以做決策的人，隨意做幾個錯誤的決策，經(jīng)濟(jì)時間損失就不一定多少。

東北制造

ヾ(❀╹◡╹)ﾉ~✧:;
期待～～～~~~···

hl90

看了很多這方面的報道，說實(shí)話，沒有一家能解釋的清楚這個所謂光刻廠原理的。
也沒有一家能說清中國7納米芯片怎么來的。