《Nature》刊登清華團隊EUV光源新突破

比起理論科學上的突破,產業鏈的發展更為重要。

無法制造邏輯、存儲等高端芯片,是中國半導體行業發展長期以來難以解決的痛點。這背後,EUV光刻機的缺失,是中國芯片製造無法進一步升級的掣肘。

近日,一隻來自清華大學的科研團隊發表了一篇有關EUV光源的研究成果,而EUV光源正是EUV光刻機的核心基礎。

這項發現也給中國自研光刻機帶來了技術上支持。

《Nature》刊登清華團隊EUV光源新突破

穩態微聚束,EUV光源的全新方案

EUV到底是什麼東西?

簡單來説EUV是紫外線中波段處於(10nm~100nm)的短波紫外線,而光刻機工藝中通常定義在10~15nm紫外線。

《Nature》刊登清華團隊EUV光源新突破

EUV光刻機可以用波長只有頭髮直徑一萬分之一的極紫外光,在晶圓上“雕刻”出電路,最後造出包含上百億個晶體管的芯片。波長越短,光刻的刀也越鋒利,但與此同時對精度的要求也更高。

據清華大學官網發佈的消息,清華大學工程物理系教授唐傳祥研究組與“亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心”,以及“德國聯邦物理技術研究院”組成的合作團隊在《Nature》雜誌上刊發了題為《穩態微聚束原理的實驗演示》的研究論文。

《Nature》刊登清華團隊EUV光源新突破

該論文裏,研究團隊報告了一種新型粒子——“穩態微聚束”(Steady-state microbunching,SSMB),並進行了原理驗證實驗。

實驗中,研究團隊利用波長1064nm的激光,操控位於儲存環內的電子束,電子束在繞環一整圈(周長48米)後形成了精細的微結構,即“穩態微聚束”。

《Nature》刊登清華團隊EUV光源新突破

通過探測輻射,研究團隊驗證了微聚束的形成,隨後又驗證了SSMB的工作機理。該粒子可以獲得光刻機所需要的極紫外(EUV)波段,這為大功率EUV光源的突破提供全新的解決思路。

因此,《Nature》評閲人對這項實驗成果給予了高度評價,認為該項研究展示了一種新的方法論,這必將引起粒子加速器和同步輻射領域的興趣。

EUV光刻機,中國造芯繞不過的坎

正如前文所説,光刻機承擔着芯片製造中最為複雜和關鍵的製作工藝步驟,是高端芯片生產中不可或缺的關鍵設備之一,其中7nm以下的先進製程必須用到EUV光刻機。如果沒有EUV光刻機,那個國產芯片製程只能止步7nm。

以中芯國際為例,目前中芯國際的14nm工藝芯片已經實現量產,12nm工藝也已相對成熟。但受限於沒有EUV光刻機,7nm工藝始終無法開展生產。

想要有所突破,必須購得最高規格的EUV光刻機。而荷蘭ASML公司是目前全球唯一能夠量產EUV光刻機的廠商。

《Nature》刊登清華團隊EUV光源新突破

就是這麼一台設備,一台需要10萬個零配件,其中光源的設計和專利都是美國獨有,光刻機光源部分20%的核心部件全世界也只有美國能夠生產。一台價值高達7億人民幣,而且一年產量只有幾十台,且有限供應給三星、台積電等大客户。

國內廠商想購買一台,太難。

目前,中國本土的光刻機制造商上海微電子已經成功研製出了22nm級別的光刻機,但22nm遠不能滿足當前的高端芯片生產要求。

解決光刻難題,完善產業更為重要

作為國內科研的中堅力量,清華大學也肩負着攻克“卡脖子”的重擔。這一次在理論科學上的突破,給國內光刻機的發展帶來了新的思路。

但從理論走向實物,依然要走漫長的道路,只有產業鏈上下游的配合,才能獲得真正成功。

《Nature》刊登清華團隊EUV光源新突破

早前,中科院就曾宣佈開展“率先行動”計劃,集中全院力量聚焦國家最關注的重大領域攻關,這其中就包括了光刻機。除中科院外,華為等廠商也加速研發突破光刻機等技術,僅華為就計劃在2年內投入80億美元,要在光刻機技術方面實現突破。

但以國內目前薄弱的基礎,短期內攻克EUV設備並不現實,畢竟EUV光刻機是整套光刻體系中最困難的一塊。中國要推進完整的光刻工業體系的發展,只能採取從低到高的策略,比如193nm深紫外ArF乾式光刻機、浸沒式光刻機,以及周邊設備材料等。

在克服EUV光源等因素的影響以外,電能巨大消耗、挑選合適的光刻膠、高昂的資金成本都是EUV光刻機需要面對的問題。

因此,相比於EUV光刻機,國內廠商更應該在DUV光刻機站住腳跟,從周邊設備與材料切入,逐步解決產業中存在的問題,把產業做紮實,最終才能完成光刻機的發展。

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