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为了光刻机!清华大学科研团队最新成果公布,离实际应用还有多远?

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  据清华新闻网消息,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《自然》(Nature)上发表了题为“稳态微聚束原理的实验演示”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,简称SSMB)的首个原理验证实验。

  这篇论文引起国内外学术界及产业界的高度关注。原因是,光源是光刻机的关键技术之一,该研究与极紫外(EUV)光刻机光源密切相关。在清华新闻网的报道中,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,这是国际社会高度关注清华大学SSMB研究的重要原因。”

  该课题组研究人员告诉中国证券报记者,EUV光刻机的核心基础是大功率的EUV光源。随着芯片工艺节点的缩小,EUV光刻需要的EUV光功率会不断提升。基于SSMB原理的EUV光源,有实现大功率的潜力。本次工作是SSMB原理的首次实验验证,是SSMB光源发展历程中关键的一步。

  不过,也有光刻领域研究人员向中国证券报记者表示,上述研究只是实验室首次验证,距离实际应用还很远。

  

  来自清华新闻网

  

  来自Nature官网

  为光刻机大功率EUV光源突破

  创新思路

  据介绍,该成果基于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。

  在芯片制造的产业链中,光刻机是必不可少的精密设备,是集成电路芯片制造中最复杂和关键的工艺步骤。

  如果说芯片制造的核心是光刻机,那么光刻机的核心又是什么呢?

  据了解,光刻机是极其复杂极其尖端的设备,需要约50000个左右的零件,荷兰ASML公司的全球供应商上百家,包括德国TRUMPF的激光器,美国Cymer的光源,德国蔡司的光学设备等。

  其中,EUV大功率光源制造商Cymer对ASML至关重要,2012年就被ASML以约25亿美元收购,据当时的媒体报道,收购总价较Cymer当时股价溢价61%,Cymer由此成为ASML子公司。

  由此可以看出光源技术对光刻机的重要性。

  大功率的EUV光源是EUV光刻机的核心基础。目前ASML公司采用的是高能脉冲激光轰击液态锡靶,形成等离子体然后产生波长13.5nm的EUV光源,功率约250瓦。而随着芯片工艺节点的不断缩小,预计对EUV光源功率的要求将不断提升,达到千瓦量级。

  

  ASML的EUV光刻机内视图,来自ASML官网

  据了解,稳定的、大功率的极紫外光源非常难造,成本极高,一个约3000万元人民币,且要求工作环境严苛,配合的光学和机械部件又极端精密,所以ASML公司独家垄断EUV光刻机,并且创造了“1台卖1亿美金”的神话。

  “简而言之,光刻机需要的EUV光,要求是波长短,功率大。”唐传祥表示。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。唐传祥表示:“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。”

  据了解,《自然》评阅人对该研究高度评价,认为“展示了一种新的方法论”。《自然》相关评论文章写道:“SSMB光源未来有望应用于EUV光刻和角分辨光电子能谱学等领域。”

  不过,EUV光刻机的自主研发还有很长的路要走,基于SSMB的EUV光源有望解决自主研发光刻机中最核心的“卡脖子”难题。这需要SSMB EUV光源的持续科技攻关,也需要上下游产业链的配合,才能获得真正成功。

  国产光刻机自研持续进行

  公开资料显示,上海微电子装备(集团)股份有限公司(简称“上海微电子”)、中科院长春精密机械与物理研究所(简称“长春光机所”)都是我国光刻机研发领域的重要单位。

  据了解,目前上海微电子推出的最先进光刻机为SSX600系列步进扫描投影光刻机,可满足IC前道制造90nm、110nm、280nm关键层和非关键层的光刻工艺需求。该设备可用于8寸线或12寸线的大规模工业生产。

  根据媒体报道,上海微电子曾披露,将在2021-2022年交付第一台28nm工艺的国产沉浸式光刻机。

  

  来自上海微电子官网

  根据长春光机所官网,2017年6月,其承担的“极紫外光刻关键技术研究”顺利通过初步验收,在国内首次获得EUV投影光刻32nm曝光图形,为我国真正自主掌握高端微电子制造技术奠定了基础。

  据长春光机所微信公号(光电所22nm光刻机通过验收,并不能解决我国的“芯”酸事,https://mp.weixin.qq.com/s/QB2J2-zOEsMcrZvDnFif2A),2018年11月29日,由中国科学院光电技术研究所承担的国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备研制”通过验收,该装备用365nm波长的紫外光单次成像实现了22nm的分辨率,为光学超材料/超表面、第三代光学器件、传感芯片等纳米光学加工提供了全新的解决途径。

  同时该文章也指出,中科院研制的这种光刻机与ASML垄断的光刻机不是一回事,并不用于IC(Integrated Circuit,集成电路)芯片的生产,它的意义是用便宜光源实现较高的分辨率,用于一些特殊制造场景,很经济。

  编辑:徐效鸿

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