光刻机做成“光刻厂”,靠不靠谱?
距离华为Mate 60 pro突然开售已经过去半个月,线上预订的粉丝们最近都陆续收到了新机。但由于华为官方一直没有召开手机发布会,因此这款手机上依然有非常多的谜团等待解开。
就例如,这颗突然“空降”的麒麟9000s处理器,究竟算不算5G芯片?华为又是如何在重重封锁下,“手搓”这颗纯国产芯片呢?
在这里,我们就不对华为背后的技术和进行过多揣测,但可以肯定的是,国产光刻机技术在近期有不小的突破。
巧的是,就在最近,一项来自清华大学的光刻机技术在网络上火了起来,简单来说,就是把光刻机做得足够大,就能生产出EUV光刻机需要的光源。
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这样的脑洞,不仅路人们听上去玄乎,就连不少技术人员也表示了惊叹。
一时间,网上的解读和质疑声也是层出不穷。
什么是SSMB这项由清华大学提出的技术,专业术语名叫“稳态微聚束”(steady-state micro-bunching),简称SSMB,是一种新型的粒子加速器光源。
最早由清华大学杰出访问教授赵午教授与其博士生于2010年提出,并在2017年,与清华大学工程物理系教授唐传祥合作,共同发起理论实验。
在2022年的中国物理学会秋季学术会议上,研究组成员潘志龙提到了由SSMB技术造出来的光刻机,叫作“SSMB-EUV”光刻机,而这也正是最近讨论的话题的来源。
https://oss-im2maker.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/uploadfile/2023/09/20230918095730808.png图源 |寇享学术
SSMB背后涉及的原理非常复杂,笔者并不能完全解释,所以这里就结合几位科普博主的讲解视频,简单进行一点概括。
首先,光刻机的原理,是利用光刻机发出的光源,通过设定好图形的光罩,对涂有光刻机的硅板进行曝光,从而“刻”出电子线路图,再进行一些后期加工,最终形成芯片的雏形。
如果光源的波长越短、功率越大,这样的“光刀”就更加锋利,“雕刻”出来的电子线路图也就更加精密,芯片的性能与算力也就越强。目前,波长仅为13.5nm的极紫外光(EUV),是高端芯片的唯一选择。
从电磁波谱上看,EUV已经非常接近X-射线,这么高的能量,单靠物理操作很难实现。
ASML采用的是LPP模式,通过一台功率大于20 kW的CO2气体激光器轰击液态锡,形成等离子体,从而产生极紫外光。
https://oss-im2maker.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/uploadfile/2023/09/20230918095802244.jpg图 |LPP-EUV
在找到EUV光源解决方案后,加上多年以来的光刻技术,ASML做出业内最顶尖的EUV光刻机,最终垄断了整个市场。
值得一提的是,为ASML提供EUV技术的是美国公司Cymer,这是全球唯一能够提供商用EUV光源的公司,国内自然无法从外部解决光源问题。
不过,实现EUV光源的方案不止一种,清华大学团队想到了用加速器加速电子,从而产生高功率的辐射。
简单来说,电子只要加速运动,就会发射电磁波,理论上只要加速度够快,那么必然出现符合EUV波长的“光子”。
但光有一个“光子”还不够,想做光刻机需要稳定的“光束”。
研究人员发现,当电子束绕过加速器后,受到磁场的作用,会形成精细的微结构,这种就是“微聚束”。
https://oss-im2maker.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/uploadfile/2023/09/20230918095825953.jpg图源 | 《自然》杂志
再让这些微聚束穿入激光阵列,通过激光与电子的相互作用,形成有一定间隔,相对聚集的排列,就这样,微聚束被“稳态”地保持了。
就这样,稳态微聚束呈现出极紫外光的高功率与短波长,算得上一种全新的EUV光源解决思路。
光刻机做成“光刻厂”,靠不靠谱?
解释完SSMB技术,光刻厂又是怎么一回事?
在网上,有人把“SSMB-EUV”光刻机称作光刻工厂,甚至给出了工厂所在的地河北雄安新区,并贴出了相关图片(注:网传图片为高能同步辐射光源项目,并非SSMB设施)。
据悉,除了3nm工艺外,4nm、7nm、14nm、28nm,但凡你听说过的芯片制程工艺,都能在这个光刻工厂里解决。
https://oss-im2maker.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/uploadfile/2023/09/20230918095848646.png图源 | 微博
为了更好地理解,有人形象地将光刻工厂比喻成篮球架——如果说以前最中心的篮筐里(3nm)难度很大,那么就多加几个篮筐(其他工艺),只要投篮次数够多,总能投到最中心篮筐,而投不进的话,掉到其他篮筐里也能得分。
从原理上来说,光刻工厂和SSMB技术确实有很大的关联性,都是利用电子束加速产生电磁波,从而得到对应的波长。由于粒子加速器体积大(加速器周长100-150米),同时需要很多配套设施,因此占地规模大也非常正常。
当然,方案可行,实施起来并没有那么容易。
首先,从官方新闻稿看,这次在雄安新区落地的SSMB-EUV光源设施项目更接近科研用途,而不是实际生产。
从研发进程来看,SSMB-EUV技术在2021年在《Nature》杂志上正式刊登,通过原理验证实验,想在短时间内跨过下一步验证,走向商用,还要一定时间。
其实,不论是光刻机还是光刻工厂,光源只是光刻机中的关键设备之一,其他配套设备同样不可或缺。
作为一种全新的方案,其他国产替代设备是否适配SSMB-EUV技术,还是一个未知数。
最后,就是不少人提到的能源消耗和使用成本高的问题,虽然后续可以通过建造多条生产线将成本摊薄,但这就需要极强的规划能力和长期运营能力。总之,方案有了,思路有了,光刻工厂值得期待,但距离实际生产还有一段距离。
不懂,不过看这个宣传方式就不是好事,大家都知道一个道理叫闷声发大财。这种短视频天天讲的,肯定是有某些目的的。
如果技术原理没问题,合理的经济投入,优秀的管理团队,优秀的技术团队再加时间,应该是没问题的。但是这种宣传就容易有资本介入,也容易引起一些居心不良的人或者国家注意,到时候收买或者安插几个,可以做决策的人,随意做几个错误的决策,经济时间损失就不一定多少。
ヾ(❀╹◡╹)ノ~✧:;
期待~~~~~~···
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//www.szfco.com/data/attachment/forum/202307/30/201008mc14y288ln18puu4.png 看了很多这方面的报道,说实话,没有一家能解释的清楚这个所谓光刻厂原理的。
也没有一家能说清中国7纳米芯片怎么来的。
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