清华大学团队新成果发表于《自然》:有望解决光刻机自主研

2月25日消息据清华大学官网消息，2月25日，清华大学工程物理系教授唐传祥与柏林亥姆霍兹材料与能源研究中心(HZB)和德国联邦物理与技术研究所(PTB)合作团队在《自然》 (Nature) Teady-state微穿孔发表了一篇题为《S机制的实验演示》的文章，报道了新型粒子加速器光源“稳态微聚束”(SSMB)的第一次原理验证实验

图1。SSMB原理验证实验示意图(图片来源：《自然》)

图2。SSMB原理验证实验结果(图片来源：《自然》)

基于SSMB原理，可以获得高功率、高重复率、窄带宽的相干辐射，波长可覆盖从太赫兹到极紫外(EUV)，有望为光子科学研究提供广阔的新机遇。《自然》评论者高度评价这项研究，称它“展示了一种新的方法论”，“肯定会引起粒子加速器和同步辐射领域的兴趣”。《自然》相关评论张文写道：“这个实验展示了如何结合现有的两个主要加速器光源——同步辐射光源和自由电子激光器——的特性。SSMB光源有望在未来用于EUV光刻和角分辨光电子能谱。”

“SSMB光源的一个潜在应用是未来作为EUV光刻机的光源，这是国际社会关注清华大学SSMB研究的重要原因。”唐传祥告诉记者。

在芯片制造产业链中，光刻机是不可缺少的精密设备，是集成电路芯片制造中最复杂、最关键的工艺步骤。光刻机的曝光分辨率与波长直接相关。半个多世纪以来，光刻机的光源波长一直在缩小。芯片行业认可的新主流光刻技术是波长为13.5 nm的EUV光刻。EUV光刻相当于用波长仅为头发直径1/10000的超紫外光在晶片上雕刻电路。最后，指甲大小的芯片将包含数十亿个晶体管。这种设备技术显示了人类科技发展的最高水平。ASML是世界上唯一的EUV光刻机供应商，每台EUV光刻机的价格超过1亿美元。

众所周知，大功率EUV光源是EUV光刻机的核心基础。目前，ASML使用高能脉冲激光轰击液态锡靶形成等离子体，然后产生波长为13.5纳米的EUV光源，功率约为250瓦。随着芯片工艺节点的缩小，预计EUV光源的功率需求将不断提高，达到千瓦级。

"简而言之，光刻机所需的EUV光需要短波长和高功率."唐传香说。大功率EUV光源的突破对于EUV光刻技术的进一步应用和发展至关重要。唐传祥表示：“基于SSMB的EUV光源有望实现较大的平均功率，并有向更短波长扩展的潜力，为大功率EUV光源的突破提供了新的解决方案。”

唐传祥指出，EUV光刻机自主研发还有很长的路要走，基于SSMB的EUV光源有望解决光刻机自主研发中的核心“瓶颈”问题。这需要对SSMB EUV光源进行持续的科技研究，以及上下游产业链的合作，才能取得真正的成功。

目前，清华大学正在国家层面积极支持和推动SSMB EUV光源的建立。清华大学SSMB课题组已向国家发展和改革委员会提交了“微多光束紫外光源稳态研究装置”的项目建议书，并在2010年期间申请了国家重大科技基础设施。