SSMB只是其中1个方案!我国多路并进研制EUV,LPP方案即将实用

8月29日,麒麟9000S伴随突然发布的Mate60Pro震撼了全世界!原本多数人都以为我国连14纳米制程工艺都尚未完成去“A”化,结果麒麟9000S的问世直接证明,我国连7纳米级制程工艺都搞定了!按照加拿大专业拆解机构Techsights拆解研究结论,该处理器采用N+2制程工艺。Mate60Pro的突然发布时间刚好是一直对华为使坏的雷某人访华第三天,这个时候突然发布等同于正面打她脸。这也意味着我国已经解决了DUVi设备,否则这么做容易招来更严打击而损失惨重。

虽然我国已经解决7纳米级制程工艺,但要想继续提升制程工艺,那么EUV就必不可少,卡脖子难题尚未完全解决。EUV大概可以算得上仅存的我国尚未摘下的工业明珠,但目前来看,这颗明珠被我国摘下也只是时间问题!

网友讽刺,工业明珠所剩无几

从公开资料来看,我国在EUV设备研发上采用的是多路并进饱和式研发策略!

世界上第一种商用的EUV是ASML研制的NXE:3100,分辨率为27纳米,于2010年发布,而分辨率达13纳米的第一种型号则是NXE:3400B,于2016年发布。

资料显示,从开始研制EUV到可以商用,ASML花费了近20年。初代EUV主要有DPP-EUV(放电等离子体极紫外光)和LPP-EUV(激光等离子体极紫外光)两种技术路线。荷兰ASML通过大量实验证实,前者因阴极容易被腐蚀,寿命堪忧,而后者光源功率更容易做大。于是,ASML在LPP-EUV上持续发力,最终在2016年发布首款可用于5纳米~3纳米制程工艺的商用EUV——NXE:3400B。中芯国际于2018年就找ASML订购了一台,然而,因为众所周知的原因,这台EUV至今都不被允许交付中芯国际。

买不到就只能自行研发,而我国采用的是多路并进饱和式研发策略。

5000多年来,大部分时期,我国的科技都是领先世界的。原子弹、氢弹、导弹、盾构机、空间站等案例早已证实技术限制对我国无效。毛主席说过,封锁吧,封锁个十年八年就什么都有了!

EUV与DUV有共性的地方,也有不同的地方,共性的地方是都需要精度极高的双工件台和功率足够大的光源,不同的地方在于光路系统不一样,前者因极紫外光波长太短,容易被介质吸收,因此光路系统只能采用反射式,而且还必须放置在真空环境中才行,后者则采用透射式,无需真空环境。

ASML公司EUV设备商用进度简介

因此EUV相比DUV除了光源、光路系统和双工件台三大关键零部件之外,还多了真空腔。从技术难度来看,EUV双工件台与DUV双工件台没有本质区别,但光路系统所需的超高精度反射镜对精度要求达到了物理极限,目前仅有德国蔡司能够生产,精度已达到20皮米。而光源难度也不小,目前ASML已经用事实证明,LPP-EUV(激光等离子体极紫外光源)技术路线是可行的,而DPP-EUV(放电等离子体极紫外光源)因EUV光源阴极容易被电腐蚀,寿命有限,功率也难以进一步提升,这条技术路线已被淘汰。目前我国已研制出DUV,证明工业水平已经达到很高的水准,再加上我国在激光领域实力雄厚,造出EUV也只是时间问题。

产生极紫外光有3种方式,分别是同步辐射、电子放电产生等离子体、激光驱动产生等离子体。根据这三个原理,目前EUV光源有四种可能的实现模式——LPP(激光等离子体)、SR(同步辐射)、SRF-FEL(超导加速-高功率自由电子激光器)以及SSMB(稳态微聚束)其中SSMB路线属于最新的技术路线,最近在网络上被广大网友热议。从公开资料来看,这几种技术路线的EUV除了同步辐射路线之外,我国均有团队在快速推进。

一、初代国产EUV效仿ASML采用LPP-EUV技术路线,根据公开资料来看,很可能已经处于调试阶段。

与ASML一样,我国最接近实用的第一种EUV也是采用LPP-EUV方案。目前国内公开资料已经证实,我国已于2017年完成了EUV原理验证,而今年4月中科院官方网站公布的《2023年度吉林省科学技术奖提名项目》还曝光了多项荣获大奖的EUV关键技术。从曝光的消息来看,可以确定这种EUV就是LPP-EUV。按照以往惯例,获奖就代表已经研制成功!预计这种初代国产LPP-EUV已经处于调试阶段!

2023年吉林省科学技术奖提名项目

当然,我们必须承认,LPP-EUV仍属于追赶ASML的EUV设备,属于第一代EUV。第一代EUV设备也只是勉强达到能用状态,存在耗电超大,达到DUVi10倍左右,光源寿命有限,维护难度巨大,维护成本高昂,光源功率难以进一步提升等缺点。未来被更先进新原理EUV替代只是时间问题。

二、我国的LPP-EUV技术路线不止1种方案,还有高功率光纤激光驱动型改进方案,目前也取得重大进展。

目前ASML供应的EUV设备无一例外都采用德国TRUMPF公司为ASML定制的高功率正方形折叠腔轴快流二氧化碳(CO2)激光器作为打靶光源,功率达到20千瓦以上。然而,这个技术路线上限大约只有500瓦左右,目前已经达到350瓦以上,已经很难继续大幅度提升了。于是,我国的科研人员想到了另一种方式,那就是增加打靶光源数量,通过多束打靶激光协同打靶,实现超高功率。这种新型LPP-EUV光源采用的是多束高功率光纤激光器,取代单束高功率正方形折叠腔轴快流二氧化碳激光器,通过多束同时打靶的方式,将打靶功率大幅度提升到80千瓦以上,这样EUV光源功率就能达到1000瓦以上。

某官方公众号发布的消息

公开资料显示,如果要用于3纳米制程工艺,EUV光源功率要达到500瓦级别,而如果要用于1纳米制程工艺,EUV光源功率要达到1000瓦级别。显然,这种改进型LPP-EUV可支持1纳米制程工艺,面向的是未来10年的工艺开发需求,目前仍然用不上。好消息是,目前这种改进型LPP-EUV光源已经开发出光纤激光器和液滴靶两项关键技术。虽然我国在EUV领域输在了起跑线上,但不远的未来很可能在LPP-EUV技术路线上实现弯道超车!

三、国产EUV-FEL技术路线方案已经开始建设,计划2026年前验收。

2021年,官方媒体就报道了总投资约41亿元的“数千瓦极紫外自由电子激光光源及光刻验证装置”的建造计划,目标是建立首台千瓦极紫外光刻工程测试样机,项目拟于2021年启动建设,2026年底完成验收。

仪器信息网发布的消息

研究表明,这个技术方案如果能够加上能量回收系统(ERL),能效相比ASML现有EUV设备可提升5倍,极紫外光转换效率达到10%左右。

四、我国已开建SSMB-EUV研究装置,这个方案风险最大,还有不少技术难点,短期难以实用,却是最有发展前景的方案。

最近几天网上传得沸沸扬扬的EUV技术路线就是SSMB-EUV,有些人不懂装懂,吹嘘我国现阶段科研采用这个技术路线达到LPP-EUV技术路线。然而,目前来看,这个技术路线反而是失败风险最大的技术路线,目前尚有很多技术难题尚未解决,实用时间尚不确定。

清华大学SSMB-EUV方案简介

虽然SSMB-EUV技术路线风险最大,但它也是最有发展前景的技术方案,目前我国进展最快。

由于微聚束辐射的强相干特性以及储存环内电子束的高回旋频率特性,​SSMB-EUV光源可提供高平均功率、窄带宽的相干辐射,波段可覆盖从太赫兹到软X射线。

相比​LPP-EUV,它有很多优点:1、高平均功率,SSMB储存环支持安装多条EUV光束线;2、窄带宽与高准直性;3、高稳定性的连续波输出;4、辐射清洁;5、可拓展性,SSMB原理上容易往更短波长拓展,为下一代采用波长6.X纳米的Blue-X光刻技术留有可能。

​SSMB-EUV可以做成一个大环,上面有很多EUV光源束线,同时让好几个光刻机开工。在整个“光刻工厂”中,一切设备都围绕这个光源来设计。

目前我国已经在雄安新区开工建设​SSMB-EUV装置,进度领先其他国家,如果能够解决所有技术难题,未来我国的EUV很可能将通过“换道超车”的方式,反超ASML。

综上所述,虽然目前在EUV领域我国已经输在起跑线上,但目前我国已经采取“多路并进”的饱和式研发在全力研制EUV,初代EUV已经取得重大进展,很可能已经开始调试,距离商用也就1~2年时间,而在其他技术路线上,我国也已经取得重大进展或者已经开始建造,未来有望“换道超车”。

最后要特别强调一点,我国不怕封锁,就怕买办误国,只要给予我国科技人员足够资源,没有什么是造不出来的!相信过不了多久,工业明珠很可能将仅剩足球和打火机垫片。

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页面更新:2024-02-08

标签:双工   光刻   我国   方案   紫外光   等离子体   激光器   光源   纳米   功率   激光   路线   工艺   设备   技术

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