清华团队有望解决自主研发光刻机“卡脖子”难题

●清华大学工程物理系教授唐传祥表示，这一发现有望解决自主研发光刻机中最核心的“卡脖子”难题。 网上图片

科研成果在《自然》发表 已申报“十四五”重大科技基础设施

用光刻机把集成电路蚀刻到硅晶片上，是芯片制造过程中的必要环节，但目前高端光刻机制造被海外公司垄断，并对中国实行出口管制。2月25日，清华大学与国外研究团队在《自然》发表一项科研成果，该成果未来有望应用于EUV(极紫外光源)光刻和角分辨光电子能谱学等领域。该文章通讯作者、清华大学工程物理系教授唐传祥表示，这一发现有望解决自主研发光刻机中最核心的“卡脖子”难题，目前清华大学研究组已向国家发改委提交项目建议书，申报“十四五”国家重大科技基础设施。

这篇题为《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，SSMB)的首个原理验证实验。由清华大学工程物理系唐传祥教授研究组和亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心(HZB)、德国联邦物理技术研究院(HZB)合作完成。

SSMB光源有望应用EUV光刻等领域

清华大学发表的新闻稿中提到，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。《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”，“必将引起粒子加速器和同步辐射领域的兴趣”。

《自然》相关评论文章写道“该实验展示了如何结合现有两类主要加速器光源--同步辐射光源及自由电子激光--的特性。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。”该论文一经刊发，立即引起国内外学术界及产业界的高度关注。

清华大学工物系教授唐传祥在接受访问时表示，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。

目前光刻机研发由三家外企垄断

由于光刻机研发的资金和技术门槛高，目前全球市场基本由荷兰阿斯麦(ASML)及日本尼康、佳能三家公司垄断。ASML是全球唯一掌握波长13.5纳米(十亿分之一米)的“极紫外”(EUV)光刻技术的公司。由于波长越短，蚀刻的元器件尺寸就可以越小，目前最先进的14-7纳米光刻机就只有ASML能生产，由此高端光刻机市场ASML一家独大，日本佳能和尼康主要市场在中低端。

在中国，光刻机是芯片制造过程中一个“卡脖子”的环节。一方面，国产光刻机与国际水平差距非常大，国内处于技术领先的上海微电子装备有限公司已量产的光刻机中，性能最好的是90纳米光刻机，高端光刻机完全依赖进口。另一方面，在《瓦森纳协定》的封锁下，高端光刻机在中国被禁售，ASML至今没有颁发EUV光刻机出口中国的许可证;中端光刻机对中国出口也有保留条款，禁止给国内自主CPU做代工，导致自主技术成长困难重重。

新研究成果或为研发提供新思路

唐传祥认为，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。清华大学表示，正积极支持和推动这一新成果的研发在国家层面立项，已向国家发改委提交“稳态微聚束极紫外光源研究装置”的项目建议书，申报“十四五”国家重大科技基础设施。

业内认为，新研究成果或许为高端光刻机的研发提供一种新思路，但正如唐传祥所强调，EUV光刻机的自主研发还有很长的路要走，需要SSMB EUV光源的持续科技攻关，需要上下游产业链的配合，才能获得真正成功。