EUV光刻厂？中国的先进芯片是用它造出来的吗？

合集 · 解读科技问题 (79)

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这个光刻厂究竟是什么技术？其实是清华大学赵午教授提出的SSMB-EUV光源。SSMB是稳态微聚束（Steady-State Micro-Bunching），EUV是极紫外（Extreme Ultra-Violet），SSMB-EUV是一种同步辐射光源。这些术语原本公众听不懂，但在特定的条件下居然成了热词。
	不过，SSMB-EUV光刻厂究竟处于什么状态？是已经在用了？还是在建？还是纯属设想？原理得到验证了吗？中国的先进芯片真的是它造出来的吗？这些基本问题，大多数人其实都没有搞清楚。
	我的朋友、风云学会会员陈经是中国科学技术大学和香港科技大学的计算机学士与硕士，他做了很多调研，写了一篇9000字的长文《EUV光刻厂？芯片制造与光刻的工程技术与科学原理介绍》。下面，我就来简要地介绍一下。
	先来看此文的要点总结：
	1. SSMB-EUV光刻是有技术背景的，中国已经有实际的研发投资，确实是未来的一个发展方向。
	2. 分析DUV（深紫外）与EUV（极紫外）光刻机进行芯片加工的流程，工业生产对光刻机性能的要求超乎想象。
	3. SSMB-EUV光刻的优点和技术困难，千万不要以为找到一个好方向，就能简单地做出来。
	了解了这些要点，你的知识水平就超过了99%的人。下面来看正文。
	一、芯片制造产业常识
……
	二、DUV、LPP-EUV光源
……
	三、SSMB-EUV同步辐射光源
……
	稳态微聚束的关键思想，是在传统同步辐射加速器的电子储存环里面，引入了激光调制。本来电子在储存环里，形成聚束是用“微波射频腔”（RF cavity）做的。现在改用复杂得多的激光调制系统，加上扭摆磁铁，横向纵向调制，把电子束更加完美地聚集在一起。SSMB在《Nature》的文章，就是说怎么实际调制，把电子束聚集得更加完美了。
	……
	这样，SSMB就产生了和FEL类似的“微聚束”，但关键还加上了“稳态”。FEL不是稳态，电子团在波荡器里自由互相作用，最后发出强光。SSMB是让电子束在储存环里绕圈，这样就有可能是“稳态”的，对于重复发光很重要。也就是说，它结合了两个特性：微聚束的相干辐射发强光 + 储存环高重频。
	这两个特性结合，SSMB-EUV光源进行光刻就很有潜力。看上去，确实比直线的SRF-FEL容易控制。让电子束在储存环里转圈，需要发强光了，就让微聚束发出相干辐射，导出EUV光源进行光刻。
	据赵午2021年在杨振宁学术思想研讨会上的视频介绍，SSMB-EUV光源做光刻机的优点是：只要三块反射镜（因为SSMB-EUV光源比LPP-EUV光源纯净），镜片面积也只要十分之一。这看上去是巨大的优点，光源质量比激光打锡滴强，整机开发难度肯定能下降不少，镜片的要求就降低了。
	但是这巨大优点，前提是SSMB-EUV光源开发成功。SSMB后续开发有不少难点，在《物理学报》的综述中都提出了。一类是微聚束在储存环中产生与维持的问题，一类是SSMB相干辐射发光的问题，都需要很多后续研究。
	电子微聚束听上去不错，但是电子在转弯，会纵向滑移，聚束就没法维持了。激光和电子微聚束要以巧妙的角度调制，怎么保持好角度，也很困难。这类实际问题，在工程中会成为巨大的麻烦，让看上去不错的理论结果迟迟无法落地。
	这也是科研中常见的现象。实际搞研发的人在加班加点绞尽脑汁，而外行往往听风就是雨，有点进展就说得好像成功在即了，甚至已经成功了。有些人还把北京正负电子对撞机的图片拉来说是光刻厂，其实完全不相干。
	总体而言，SSMB-EUV是一个好方向，理论上很有潜力，相比LPP-EUV光源有明显的优势。如果最终SSMB加速器建成，成功地提供EUV光源进行光刻，这确实是一个模式突破，从小型的EUV光刻机，变成靠大型装置解决问题。
	但是离成功还有两大步要跨越。第一步是SSMB加速器产生出高质量的EUV光源，搭建好以大科学装置为基础的研发平台。第二步是以SSMB-EUV光源为基础，以量产为目标，研发适配的EUV光刻机。这一步虽然可能比LPP-EUV光源的光刻机容易一些，但也是很困难的。
	EUV光刻机有光源、工件台、物镜、激光干涉仪等关键部件，每个部件的开发都非常难。更困难的是，将所有部件组合成完整的系统时，互相匹配会很困难，甚至顾此失彼。
	一个有趣的选择是，SSMB加速器出光以后，不是直接研发EVU光刻机，而是先与DUV光刻机对接。DUV的光束能量损失较小，先在难度低一点的平台上完成阶段任务。
	这几大步即使能够成功，时间也不会太短。但大图景是，中国在美国倒逼的“帮助”下，开始想各种办法解决极为困难的科学与工程问题，许多人将奇思妙想与工程实现结合，这个过程将是激动人心的。这是人类历史上少见的奇景伟业。雄关漫道真如铁，而今迈步从头越。