光刻機(jī)行業(yè)，正發(fā)生著微妙改變。

距離華為Mate 60 pro突然開售已經(jīng)過去半個(gè)月，線上預(yù)訂的粉絲們最近都陸續(xù)收到了新機(jī)。

但由于華為官方一直沒有召開手機(jī)發(fā)布會(huì)，因此這款手機(jī)上依然有非常多的謎團(tuán)等待解開。

就例如，這顆突然“空降”的麒麟9000s處理器，究竟算不算5G芯片？華為又是如何在重重封鎖下，“手搓”這顆純國(guó)產(chǎn)芯片呢？

在這里，我們就不對(duì)華為背后的技術(shù)和進(jìn)行過多揣測(cè)，但可以肯定的是，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)技術(shù)在近期有不小的突破。

巧的是，就在最近，一項(xiàng)來自清華大學(xué)的光刻機(jī)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上火了起來，簡(jiǎn)單來說，就是把光刻機(jī)做得足夠大，就能生產(chǎn)出EUV光刻機(jī)需要的光源。

這樣的腦洞，不僅路人們聽上去玄乎，就連不少技術(shù)人員也表示了驚嘆。

一時(shí)間，網(wǎng)上的解讀和質(zhì)疑聲也是層出不窮。

什么是SSMB

這項(xiàng)由清華大學(xué)提出的技術(shù)，專業(yè)術(shù)語(yǔ)名叫“穩(wěn)態(tài)微聚束”（steady-state micro-bunching），簡(jiǎn)稱SSMB，是一種新型的粒子加速器光源。

最早由清華大學(xué)杰出訪問教授趙午教授與其博士生于2010年提出，并在2017年，與清華大學(xué)工程物理系教授唐傳祥合作，共同發(fā)起理論實(shí)驗(yàn)。

在2022年的中國(guó)物理學(xué)會(huì)秋季學(xué)術(shù)會(huì)議上，研究組成員潘志龍?zhí)岬搅擞蒘SMB技術(shù)造出來的光刻機(jī)，叫作“SSMB-EUV”光刻機(jī)，而這也正是最近討論的話題的來源。

圖源 |寇享學(xué)術(shù)

SSMB背后涉及的原理非常復(fù)雜，筆者并不能完全解釋，所以這里就結(jié)合幾位科普博主的講解視頻，簡(jiǎn)單進(jìn)行一點(diǎn)概括。

首先，光刻機(jī)的原理，是利用光刻機(jī)發(fā)出的光源，通過設(shè)定好圖形的光罩，對(duì)涂有光刻機(jī)的硅板進(jìn)行曝光，從而“刻”出電子線路圖，再進(jìn)行一些后期加工，最終形成芯片的雛形。

如果光源的波長(zhǎng)越短、功率越大，這樣的“光刀”就更加鋒利，“雕刻”出來的電子線路圖也就更加精密，芯片的性能與算力也就越強(qiáng)。目前，波長(zhǎng)僅為13.5nm的極紫外光（EUV），是高端芯片的唯一選擇。

從電磁波譜上看，EUV已經(jīng)非常接近X-射線，這么高的能量，單靠物理操作很難實(shí)現(xiàn)。

ASML采用的是LPP模式，通過一臺(tái)功率大于20 kW的CO2氣體激光器轟擊液態(tài)錫，形成等離子體，從而產(chǎn)生極紫外光。

圖 |LPP-EUV

在找到EUV光源解決方案后，加上多年以來的光刻技術(shù)，ASML做出業(yè)內(nèi)最頂尖的EUV光刻機(jī)，最終壟斷了整個(gè)市場(chǎng)。

值得一提的是，為ASML提供EUV技術(shù)的是美國(guó)公司Cymer，這是全球唯一能夠提供商用EUV光源的公司，國(guó)內(nèi)自然無法從外部解決光源問題。

不過，實(shí)現(xiàn)EUV光源的方案不止一種，清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)想到了用加速器加速電子，從而產(chǎn)生高功率的輻射。

簡(jiǎn)單來說，電子只要加速運(yùn)動(dòng)，就會(huì)發(fā)射電磁波，理論上只要加速度夠快，那么必然出現(xiàn)符合EUV波長(zhǎng)的“光子”。

但光有一個(gè)“光子”還不夠，想做光刻機(jī)需要穩(wěn)定的“光束”。

研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電子束繞過加速器后，受到磁場(chǎng)的作用，會(huì)形成精細(xì)的微結(jié)構(gòu)，這種就是“微聚束”。

圖源 | 《自然》雜志

再讓這些微聚束穿入激光陣列，通過激光與電子的相互作用，形成有一定間隔，相對(duì)聚集的排列，就這樣，微聚束被“穩(wěn)態(tài)”地保持了。

就這樣，穩(wěn)態(tài)微聚束呈現(xiàn)出極紫外光的高功率與短波長(zhǎng)，算得上一種全新的EUV光源解決思路。

光刻機(jī)做成“光刻廠”，靠不靠譜？

解釋完SSMB技術(shù)，光刻廠又是怎么一回事？

在網(wǎng)上，有人把“SSMB-EUV”光刻機(jī)稱作光刻工廠，甚至給出了工廠所在的地河北雄安新區(qū)，并貼出了相關(guān)圖片（注：網(wǎng)傳圖片為高能同步輻射光源項(xiàng)目，并非SSMB設(shè)施）。

據(jù)悉，除了3nm工藝外，4nm、7nm、14nm、28nm，但凡你聽說過的芯片制程工藝，都能在這個(gè)光刻工廠里解決。

圖源 | 微博

為了更好地理解，有人形象地將光刻工廠比喻成籃球架——如果說以前最中心的籃筐里（3nm）難度很大，那么就多加幾個(gè)籃筐（其他工藝），只要投籃次數(shù)夠多，總能投到最中心籃筐，而投不進(jìn)的話，掉到其他籃筐里也能得分。

從原理上來說，光刻工廠和SSMB技術(shù)確實(shí)有很大的關(guān)聯(lián)性，都是利用電子束加速產(chǎn)生電磁波，從而得到對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。由于粒子加速器體積大（加速器周長(zhǎng)100-150米），同時(shí)需要很多配套設(shè)施，因此占地規(guī)模大也非常正常。

當(dāng)然，方案可行，實(shí)施起來并沒有那么容易。

首先，從官方新聞稿看，這次在雄安新區(qū)落地的SSMB-EUV光源設(shè)施項(xiàng)目更接近科研用途，而不是實(shí)際生產(chǎn)。

從研發(fā)進(jìn)程來看，SSMB-EUV技術(shù)在2021年在《Nature》雜志上正式刊登，通過原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，想在短時(shí)間內(nèi)跨過下一步驗(yàn)證，走向商用，還要一定時(shí)間。

其實(shí)，不論是光刻機(jī)還是光刻工廠，光源只是光刻機(jī)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，其他配套設(shè)備同樣不可或缺。

作為一種全新的方案，其他國(guó)產(chǎn)替代設(shè)備是否適配SSMB-EUV技術(shù)，還是一個(gè)未知數(shù)。

最后，就是不少人提到的能源消耗和使用成本高的問題，雖然后續(xù)可以通過建造多條生產(chǎn)線將成本攤薄，但這就需要極強(qiáng)的規(guī)劃能力和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)能力。

總之，方案有了，思路有了，光刻工廠值得期待，但距離實(shí)際生產(chǎn)還有一段距離。

國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)，奮力追趕

如今時(shí)隔三年，SSMB技術(shù)再次引起討論，足以看出國(guó)人對(duì)國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的期待。除此以外，國(guó)內(nèi)還有其他出色的EUV光源方案，例如位于大灣區(qū)的廣智院，就提出了改進(jìn)型的LPP模式，通過繞開二氧化碳激光器這個(gè)部件，產(chǎn)生出極紫外光。

但從理論走向?qū)嵨?，依然要走漫長(zhǎng)的道路，只有產(chǎn)業(yè)鏈上下游的配合，才能真正實(shí)現(xiàn)光刻機(jī)的突破。除了光源這一環(huán)節(jié)以外，光刻機(jī)上下游還有非常多的環(huán)節(jié)，很多都避免不了來自外界的壓力。

另一方面，行業(yè)巨頭ASML也在時(shí)刻注視著國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的動(dòng)向。

此前，日本廠商就在與ASML光刻機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)中敗下陣來，最終失去了先進(jìn)制程領(lǐng)域。在ASML的背后，有著歐美的鼎力支持，這與目前中美競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)非常類似。

有意思的是，ASML更像是一個(gè)看重利益的商人，即使頂著制裁的風(fēng)險(xiǎn)，但ASML依然暗中示好中國(guó)市場(chǎng)。

隨著國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)奮力追趕，ASML的EUV方案遲早被趕上，光刻機(jī)行業(yè)或許會(huì)發(fā)生一些微妙的改變。

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