《Nature》爆清华团队EUV光源新突破，有望解决国产光刻机难题
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作者 | 来自镁客星球的家衡 刘爽
无法制造逻辑、存储等高端芯片，是中国半导体行业发展长期以来难以解决的痛点。这背后，EUV光刻机的缺失，是中国芯片制造无法进一步升级的掣肘。
近日，一只来自清华大学的科研团队发表了一篇有关EUV光源的研究成果，而EUV光源正是EUV光刻机的核心基础。
这项发现也给中国自研光刻机带来了技术上支持。
稳态微聚束，EUV光源的全新方案
EUV到底是什么东西？
简单来说EUV是紫外线中波段处于（10nm~100nm）的短波紫外线，而光刻机工艺中通常定义在10~15nm紫外线。
EUV光刻机可以用波长只有头发直径一万分之一的极紫外光，在晶圆上“雕刻”出电路，最后造出包含上百亿个晶体管的芯片。波长越短，光刻的刀也越锋利，但与此同时对精度的要求也更高。
据清华大学官网发布的消息，清华大学工程物理系教授唐传祥研究组与“亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心”，以及“德国联邦物理技术研究院”组成的合作团队在《Nature》杂志上刊发了题为《稳态微聚束原理的实验演示》的研究论文。
该论文里，研究团队报告了一种新型粒子——“稳态微聚束”（Steady-state microbunching，SSMB），并进行了原理验证实验。
实验中，研究团队利用波长1064nm的激光，操控位于储存环内的电子束，电子束在绕环一整圈（周长48米）后形成了精细的微结构，即“稳态微聚束”。
通过探测辐射，研究团队验证了微聚束的形成，随后又验证了SSMB的工作机理。该粒子可以获得光刻机所需要的极紫外（EUV）波段，这为大功率EUV光源的突破提供全新的解决思路。
因此，《Nature》评阅人对这项实验成果给予了高度评价，认为该项研究展示了一种新的方法论，这必将引起粒子加速器和同步辐射领域的兴趣。
EUV光刻机，中国造芯绕不过的坎
正如前文所说，光刻机承担着芯片制造中最为复杂和关键的制作工艺步骤，是高端芯片生产中不可或缺的关键设备之一，其中7nm以下的先进制程必须用到EUV光刻机。如果没有EUV光刻机，国产芯片制程只能止步7nm。
以中芯国际为例，目前中芯国际的14nm工艺芯片已经实现量产，12nm工艺也已相对成熟。但受限于没有EUV光刻机，7nm工艺始终无法开展生产。
想要有所突破，必须购得最高规格的EUV光刻机。而荷兰ASML公司是目前全球唯一能够量产EUV光刻机的厂商。
就是这么一台设备，需要10万个零配件，其中光源的设计和专利都是美国独有，光刻机光源部分20%的核心部件全世界也只有美国能够生产。一台光刻机价值高达7亿人民币，年产量只有几十台，且有限供应给三星、台积电等大客户。
国内芯片厂商想购买一台，太难。
目前，中国本土的光刻机制造商上海微电子已经成功研制出了22nm级别的光刻机，但22nm远不能满足当前的高端芯片生产要求。
解决光刻难题，完善产业更为重要
作为国内科研的中坚力量，清华大学也肩负着攻克“卡脖子”的重担。这一次在理论科学上的突破，给国内光刻机的发展带来了新的思路。
但从理论走向实物，依然要走漫长的道路，只有产业链上下游的配合，才能获得真正成功。
早前，中科院就曾宣布开展“率先行动”计划，集中全院力量聚焦国家最关注的重大领域攻关，这其中就包括了光刻机。除中科院外，华为等厂商也加速研发突破光刻机等技术，仅华为就计划在2年内投入80亿美元，要在光刻机技术方面实现突破。
但以国内目前薄弱的基础，短期内攻克EUV设备并不现实，毕竟EUV光刻机是整套光刻体系中最困难的一块。中国要推进完整的光刻工业体系的发展，只能采取从低到高的策略，比如193nm深紫外ArF干式光刻机、浸没式光刻机，以及周边设备材料等。
在克服EUV光源等因素的影响以外，电能巨大消耗、挑选合适的光刻胶、高昂的资金成本都是EUV光刻机需要面对的问题。
因此，相比于EUV光刻机，国内厂商更应该在DUV光刻机站住脚跟，从周边设备与材料切入，逐步解决产业中存在的问题，把产业做扎实，最终才能完成光刻机的发展。
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