谁说“光刻机”非得长那样？
原创： 申鹏
来源公众号：平原公子
已获授权转载
昨天翻到了一篇论文，名字叫做《稳态微聚束加速器光源》。
2022年发表在了《科学时报》上，语言简洁流畅，从原理到实现方法讲得都很清楚，看完这篇论文，再来想所谓的“光刻机”，就会觉得合情合理，意料之外，又是情理之中。
谁说光刻机就一定要走荷兰那条路的？谁说光刻机就一定要长成个“机床”的样子的？
抛开旧窠臼，刹那天地宽。
从理论上讲，某些人的猜测是对的，真正的实现路径，简单说就是把光刻机“巨大化”，用一台周长100~150米的环形加速器作为“光源”，然后带动数台甚至数十台光刻机进行工作，这不是光刻机，这是“光刻车间”、“芯片加工流水线”。
论文中讲的——稳态微聚束(steady-state micro-bunching），简称“ SSMB”，用它造的光刻机，就叫“SSMB-EUV”光刻机。
这个原理说得朴素一点，就是用高能加速器对电子加速，让后让它穿过交替变化的磁场（震荡腔），它会左右震荡，产生高频率、短波长的电磁波，甚至是可见光，如果把电子加速到接近光速，那么就会产生更短波长的光，甚至是X光。我们把电子抱成极小的纳米级别的“电子团”，让每一个电子团中的电子震荡发出的电磁波都在同相。让nm级别的电子团一串一串通过加速器，进入震荡腔，每一团都左右震荡，就能在各个位置得到功率很大的相干光。
首先利用高重频微波电子枪产生一串电子束，长度百纳秒量级；产生的电子束将在一段直线加速腔中被加速到约400 MeV，此时的电子束是脉冲分布的，间隔为加速所用微波的周期(约10 cm)；之后将这些电子束团注入到展束环中对束团进行纵向的拉伸， 使电流分布由梳状得到展平， 得到在纵向上均匀分布的准连续束团；后将该束团从展束环引出，注入到SSMB主环中进行储存，在主环中，电子束由于激光调制器的聚束作用并在量子激发和辐射阻尼平衡下保持微聚束状态，束长在数十纳米量级；该微聚束在辐射段被进一步压缩到3 nm左右， 实现波长13.5 nm的强相干辐射，从而输出千瓦量级的EUV光。
目前EUV光源有四种实现模式——LPP、SR、SRF-FEL、以及SSMB。
目前荷兰最先进的光刻机，使用的就是LPP模式，通过一台功率大于20 kW的CO2气体激光器轰击液态锡形成等离子体，从而产生13.5 nm的EUV光。然后不断优化，在中间焦点处实现350 W左右的EUV光功率......技术比较成熟，也已经商业化，但它的光功率上限为500 W左右， 基本上走到了头，难以支撑下一代光刻技术的进一步发展。
SSMB-EUV光源，因为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，所以可提供高平均功率、窄带宽的相干辐射，波段可覆盖从太赫兹到软X射线。
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.xnm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。整个“光刻工厂中”，一切设备都围绕这个光源来设计。
且不说到底可不可行，首先原理是行得通的。
研发光刻机的目的，就是用来造芯片，那么光刻机又何必非要是荷兰asml家的那个模样呢？asml造出的光刻机主要是为了出售给全世界，那么他们就必须考虑小型化，光刻机的光源也必须小型化......那么如果我们自己造光刻机，其实并不需要考虑这个问题，如果真的造出了能够满足各种制程的“光刻工厂”，那么就不存在什么成本问题，成本不但不会变高，反而会大幅降低，“量大管饱”嘛。
如果是真的，那就有意思了。
那就是在说——一个搞核物理的，搞定了光刻机的光源。
不要觉得这是苏式作风、力大砖飞，实际上这体现了非常了不起的理论功底、创造力和设计能力，真不是一句“简单粗暴”可以概括的，这才是真正的“创新”，就算从工程效率的角度看，这也不是邪路，而是堂堂正正的正路。
一个行业的固若金汤的壁垒，在另一个行业看来可能只是一层窗户纸。
前提是，这个国家拥有覆盖足够广泛的学科维度
正因为有无死角的科研领域，最完备的全产业链体系，最强大的工程师队伍，才有可能设计、建造出这么一个“光刻工厂”，同时正因为我们在“自由电子激光”、“同步辐射”领域是世界领先水平，我们才有可能想到“SSMB-EUV”。
所谓“一力降十会”、“一力破万法”、“以力证道”，说到底，你也得有“力”才行啊。
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