中國擬建巨型芯片工廠？

清華大學據報正計劃用一種新型粒子加速器光源，建造一座容納多臺光刻機的大型工廠。（檔案照）

香港《南華早報》星期一（9月25日）報道，我國正計劃用一種新型粒子加速器光源，建造一座容納多臺光刻機的大型工廠，以實現芯片制造本土化。

報道稱，計劃建造的單個粒子加速器有兩個籃球場大小，目前清華大學團隊正和河北雄安新區政府討論，為這一項目敲定建設地點。

報道還引述科學家稱，這項技術可以超越美國的制裁，并成為半導體芯片行業的新領導者。

新技術是什么？

我國的新型光源技術全稱“穩態微聚束” （Steady-state microbunching，簡稱SSMB），簡單來說是利用帶電粒子在加速過程中釋放的能量作為光源，產生極紫外光（EUV）。

大眾熟知的EUV光刻，正是以波長為10至14納米的極紫外光作為光源的光刻技術。目前世界上使用極紫外光的光刻機制造商僅荷蘭半導體設備制造巨頭阿斯麥（ASML）一家。

這也解釋了為什么我國穩態微聚束技術有突破的傳聞，過去幾天在互聯網上引發熱議。有自媒體甚至稱，我國已經掌握了光刻機中最核心的技術，可以“彎道超車、打臉阿斯麥”。

荷蘭阿斯麥（ASML）裝配工程師2023年6月正在使用TWINSCAN DUV光刻系統。（路透社）

不過，穩態微聚束并非最近才出現的技術。

穩態微聚束的概念最早在2010年由斯坦福大學教授、清華杰出訪問教授趙午與其博士生拉特納（Daniel Ratner）提出。趙午曾是我國知名物理學家楊振寧的學生。

趙午致力于推動穩態微聚束的研究與國際合作，他2017年與清華大學工程物理系教授唐傳祥教授牽頭，與德國的研究院開展實驗。

經過四年的研究，唐傳祥的清華大學團隊與德國的合作團隊2021年2月在《自然》雜志上發表了題為《穩態微聚束原理的實驗演示》（Experimental demonstration of the mechanism of steady-state microbunching）的研究論文，報告了穩態微聚束的首個原理驗證實驗。

基于穩態微聚束原理，能獲得高功率、高重頻、窄帶寬的相干輻射光，波長可覆蓋從太赫茲到極紫外波段，其中就包括了極深紫外線光刻機所需要的13.5納米波長的EUV光。

論文第一作者、清華大學工程物理系博士生鄧秀杰接受2021年《科技日報》記者采訪時說：“穩態微聚束光源的潛在應用之一就是作為未來EUV光刻機的光源，這也是國際社會關注我們這項研究的重要原因?！?/span>

穩態微聚束光源有何優勢？

穩態微聚束原理驗證實驗示意圖。（《自然》雜志）

《南華早報》報道提到，相比于目前阿斯麥的極紫外光技術，穩態微聚束是一種更理想的光源，原因在于后者具有更高的平均功率、更高的芯片產量，以及更低的單位成本。

報道說，阿斯麥利用激光等離子體產生極紫外光源，將強激光脈沖投射到液態錫滴上。激光會粉碎液態錫滴，在撞擊過程中產生極紫外脈沖光，并在經過復雜的濾波和聚焦后，產生功率約250瓦的極紫外光源。

在到達芯片之前，極紫外光束要經過11個鏡子的反射，每個鏡子都會損失30%的能量，因此光束到達晶圓時的功率小于五瓦。在制造3納米到2納米的芯片時，這將會成為一個問題。

但穩態微聚束技術避免了這個問題。穩態微聚束光束實現了一千瓦的更高輸出功率，加上它帶寬較窄，需要更少的反射鏡，因此可以產生更高的終端功率。

為何突然受到關注？

兩年前發表的論文近期獲得大量關注，與華為在芯片上取得突破有很大的關系。

華為8月底發售最新旗艦手機Mate 60 Pro，專業機構拆機后發現，它搭載了新型麒麟9000s芯片，由中國企業中芯國際制造，采用了中芯最先進的7納米芯片技術。

華為在芯片上突破美國自2019年以來的多重制裁，很快引起美國的警惕，觸發美國商務部9月上旬對華為手機芯片的調查。

盡管美國的調查結果顯示，沒有任何證據表明華為能大規模制造7納米芯片，美國商務部還是在上周（9月22日）公布了《美國芯片與科學法案》的最后執行細則，以確保華盛頓為美國半導體產業和制造業提供的補貼，不會讓中國和其他被美國視為國安威脅的國家受益。

在中美芯片戰陷入膠著、美國對我國的技術封鎖愈發細化的背景下，穩態微聚束在中國互聯網突然“火”了起來，背后多少寄托著我國網民看到中國在手機芯片上取得突破后，也能趁勢在光刻機領域取得進展的希望。

一同“火”起來的還有“十三五”規劃時就被列入十個重大科技基礎設施的北京高能同步輻射光源（High Energy Photon Source, 簡稱HEPS）項目。

HEPS項目的圖片被誤當成清華大學的穩態微聚束項目，在微博上被多次轉發。

北京高能同步輻射光源建筑群鳥瞰圖，攝于2022年3月。（（中國科學院高能物理研究所官網））

能否解決中國芯片“卡脖子”？

據《南華早報》報道，穩態微聚束的論文2021年發布后，過去兩年仍在繼續推進。2022年，研究團隊在清華大學設計了另一個模型。

報道稱，團隊成員、清華大學工程物理系老師潘志龍去年1月參加學術研討會上說，清華大學已經設計出了功率高于一千瓦穩態微聚束極紫外光源，一些關鍵技術已經接近成熟。在河北省科技廳今年2月在雄安召開的專題會議上，潘志龍還展示了清華大學團隊為將穩態微聚束技術推向行業實踐所做的努力。

盡管如此，唐傳祥在清華大學的報告中曾說，極紫外光刻機的自主研發還有很長的路要走。

他認為，基于穩態微聚束的極紫外光源有望解決自主研發光刻機中最核心的“卡脖子”難題，但這需要穩態微聚束極紫外光源的持續科技攻關，也需要上下游產業鏈的配合，才能獲得真正成功。

擁有千萬粉絲的中國科技領域自媒體“了不起的中國制造”也分析指出，真正難的是光刻機背后的一整套納米工業產業鏈。一臺光刻機有10萬個零部件，來自全球5000家供應商，而且整臺機器的所有零件都要達到納米級精度。

中國的微聚束極紫外光源粒子加速器尚未建成，即便建成后，也不能僅僅依賴光源，還需要突破更復雜的光照反射鏡光學系統，并且集齊光刻機所需的每一個零部件。

財新網9月21日也報道說，穩態微聚束目前仍是一項前沿的光學技術研究，距離真正能用于光刻系統仍有距離。

報道引述我國一位不具名的集成電路專業副教授說，該技術只是驗證了原理可行，后續工程化、產業化仍需要解決大量未知的問題?！斑@個技術只是作為一種不同路線的探索，但現在就寄希望于它能產生什么樣的實際效果，為時尚早?！?/span>

搜狐科學題為《中國就快生產出EUV光刻機了嗎？冷靜！》的文章也稱，新的光源產生原理還處在原理驗證階段，離真正實用少說也還有15到20年的時間，并認為“現在離實現生產極深紫外光刻機還有十萬八千里”。

縱觀上述，突破光源技術與生產出光刻機無疑仍有一大段差距。面對美國持續的技術封堵，我國半導體業在追趕西方的道路上還有漫漫長路要走，西方也不會停滯不前?？茖W研究只能實事求是，更何況是生產光刻機，這個被稱為人類建造的最復雜的機器之一，除了自主創新，也需要上下游產業鏈及跨國界合作以探尋最好的解決方案。

來源：南華早報