清華大學(xué)工程物理系教授唐傳祥研究組與來自亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心(HZB)以及德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院(PTB)的合作團隊在《自然》(Nature)上發(fā)表了題為 “穩(wěn)態(tài)微聚束原理的實驗演示”(Experimental demonstration of the mechanism of steady-state microbunching)的研究論文，報告了一種新型粒子加速器光源 “穩(wěn)態(tài)微聚束”(Steady-state microbunching，SSMB)的首個原理驗證實驗。
基于 SSMB 原理，能獲得高功率、高重頻、窄帶寬的相干輻射，波長可覆蓋從太赫茲到極紫外(EUV)波段，有望為光子科學(xué)研究提供廣闊的新機遇?！蹲匀弧吩u閱人對該研究高度評價，認為 “展示了一種新的方法論”，“必將引起粒子加速器和同步輻射領(lǐng)域的興趣”。《自然》相關(guān)評論文章寫道：“該實驗展示了如何結(jié)合現(xiàn)有兩類主要加速器光源——同步輻射光源及自由電子激光——的特性。SSMB 光源未來有望應(yīng)用于 EUV 光刻和角分辨光電子能譜學(xué)等領(lǐng)域。”
“SSMB 光源的潛在應(yīng)用之一是作為未來 EUV 光刻機的光源，這是國際社會高度關(guān)注清華大學(xué) SSMB 研究的重要原因。”唐傳祥告訴記者。
在芯片制造的產(chǎn)業(yè)鏈中，光刻機是必不可少的精密設(shè)備，是集成電路芯片制造中最復(fù)雜和關(guān)鍵的工藝步驟。光刻機的曝光分辨率與波長直接相關(guān)，半個多世紀以來，光刻機光源的波長不斷縮小，芯片工業(yè)界公認的新一代主流光刻技術(shù)是采用波長為 13.5 納米光源的 EUV(極紫外光源)光刻。EUV 光刻機工作相當(dāng)于用波長只有頭發(fā)直徑一萬分之一的極紫外光，在晶圓上 “雕刻”電路，最后將讓指甲蓋大小的芯片包含上百億個晶體管，這種設(shè)備工藝展現(xiàn)了人類科技發(fā)展的頂級水平。荷蘭 ASML 公司是目前世界上唯一的 EUV 光刻機供應(yīng)商，每臺 EUV 光刻機售價超過 1 億美元。
IT之家了解到，大功率的 EUV 光源是 EUV 光刻機的核心基礎(chǔ)。目前 ASML 公司采用的是高能脈沖激光轟擊液態(tài)錫靶，形成等離子體然后產(chǎn)生波長 13.5 納米的 EUV 光源，功率約 250 瓦。而隨著芯片工藝節(jié)點的不斷縮小，預(yù)計對 EUV 光源功率的要求將不斷提升，達到千瓦量級。
“簡而言之，光刻機需要的 EUV 光，要求是波長短，功率大。”唐傳祥說。大功率 EUV 光源的突破對于 EUV 光刻進一步的應(yīng)用和發(fā)展至關(guān)重要。唐傳祥說：“基于 SSMB 的 EUV 光源有望實現(xiàn)大的平均功率，并具備向更短波長擴展的潛力，為大功率 EUV 光源的突破提供全新的解決思路。”
唐傳祥指出，EUV 光刻機的自主研發(fā)還有很長的路要走，基于 SSMB 的 EUV 光源有望解決自主研發(fā)光刻機中最核心的 “卡脖子”難題。這需要 SSMB EUV 光源的持續(xù)科技攻關(guān)，也需要上下游產(chǎn)業(yè)鏈的配合，才能獲得真正成功。
目前，清華大學(xué)正積極支持和推動 SSMB EUV 光源在國家層面的立項工作。清華 SSMB 研究組已向國家發(fā)改委提交 “穩(wěn)態(tài)微聚束極紫外光源研究裝置”的項目建議書，申報 “十四五”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。
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