最近几天，清华超级EUV光刻厂建厂的消息，令全网沸腾。
但很快就有网友发现，相关信息所用的配图，竟然是中科院高能所的第四代同步辐射光源（HEPS）
这根本就不是清华SSMB-EUV光刻厂。
于是很快便有文章出来辟谣，纠正了相关的错误信息。
然而，在一众“辟谣”文章中，却有人矫枉过正，甚至声称这是骗局。
谣言和骗局，可不是一回事儿。真假参半的谣言，和完全的谣言，也不是一回事儿。
清华SSMB-EUV光刻厂这件事情，恰恰属于真假参半。
光刻厂已经建厂的消息的确是谣言。但清华SSMB-EUV计划在雄安建设实验室，却是一个正在进行的计划，不是谣言，更谈不上所谓的骗局。
图/河北清华发展研究院
图/中国雄安
无论清华还是雄安相关的官方信息，都能看到清华与雄安对SSMB项目的积极推动。
其实早在2021年，清华团队《Nature》发表论文时，就明确了建设实验室的计划，甚至申报了“十四五”国家重大科技基础设施：
图/清华大学·新闻
也就是说，清华SSMB-EUV光源计划，是一个正在推动落地的计划，甚至目前已经计划在雄安选址。
如果不出意外，几年后真的会出现。
一些文章在“辟谣”的时候，两级反转，把清华SSMB-EUV几乎说得一文不值。
这不仅是贬低中国科学家的努力成果，更是居心叵测。
也有的文章声称，SSMB-EUV光源实验室本来就不是为了光刻机建设的，因此认为SSMB-EUV光刻厂并不会存在……
的确，SSMB-EUV光源具有从远红外到极紫外宽光谱的广泛运用，然而清华团队对其在EUV光刻机上的推动和预期，已经表明得直直白白。
图/清华大学·新闻
无论2021年的论文，还是2022年的综述，清华团队都把极紫外光刻作为SSMB-EUV光源运用的核心来展示。
SSMB-EUV光源实验室落地后，极紫外光刻站必然会是其核心组成部分。相比起常规光刻机，它具有更大的规模，称为SSMB-EUV光刻厂，也并没有任何问题。
不说SSMB-EUV了，其实老一代的同步辐射光源设备，其实就涉及到一些光刻使用。
例如，北京同步辐射装置（BSRF），甚至有纳米光刻的利用：
而具有纯净极紫外光源的SSMB-EUV，在EUV光刻方面的战略性利用，也正是计划中的事情。
好了，还原事实真相之后，恐怕有朋友就会疑问了：清华未来建设出来的SSMB-EUV光刻厂，真的能够实现弯道超车吗？
个人认为并不能实现弯道超车……
而是直道碾压！
按照国产LPP-EUV光刻机（也即ASML使用的激光激发等离子体光源技术）的研发进度，这个主流光刻机可能还是会先出来。
毕竟5月的时候，中科院就搞出了样机，2025年出整机基本没啥问题。
清华SSMB-EUV要在2025年左右建设出实验室，时间上还是有一定挑战的。至于光刻机技术的突破，清华团队也直言不讳表示，这会是一个比较长的工作。
所以，SSMB-EUV不能对ASML弯道超车。
然而，在SSMB-EUV光刻厂打造出来，能够真正量产高端芯片的那天，就是对ASML的完全碾压。
国产LPP-EUV光刻机则成为这段时间的过渡，与ASML进行竞争。
为什么是碾压式的？接下来的内容将进行深度分析。
有人把SSMB-EUV光刻厂当作EUV光刻机的拆分升级，这样的理解是完全不正确的。用到的原理都不同。
LPP-EUV光刻机用高能脉冲激光轰击锡滴制造光源，本质上是锡滴吸收能量，电离后，成为等离子体后产生的。
我们知道，世界上绝大多数的物体，其实都是维持在一个平衡状态。等离子体也是一样，既存在大量被电离的电子，也存在大量自由电子再次复合。
这个过程，相当于电子能级的降低，因此会释放出高能光子。不同电子轨道跃迁对应着固定的电子伏特，对应着所能激发的不同频率光子。
锡滴激发为等离子体，发出的光子波长为13.5nm。之所以不用比13.5nm更小的物质激发光子，本质上还是因为低于10nm就是X光线了，穿透太强，无论从能耗还是芯片良率来说，X光线都有无法解决的问题。
也正是因为这个原因，目前所有试图利用X光打造高精度芯片的厂家，都依旧没有获得成功。
也就是说，13.5nm已经是LPP-EUV光刻机所使用光源的最小极限。
这种光刻机，首先需要解决的技术难点就是光源问题。
图/ASML
ASML是这样解决的：
EUV光刻机的光源配置着一个CO2激光器，它会以极高的频率发射激光，激光发射的方向存在一个锡液发生器。当CO2激光器工作时，超高纯度的细小锡滴会以每秒数万个的速度发射而出，每个锡液的直径仅仅30微米大小。
在高速摄像机精准控制下，每一个锡滴总是能被激光击中，高能量的激光被锡滴吸收后，会被等离子体化。
等离子体稍纵即逝，CO2激光器还需在极短的时间内，把激光再次打在这些等离子体上，才能及时激发出13.5 nm的极紫外光。
这是一个速度极快而又精度极高的过程，激光器发射的激光，仅仅一秒钟就要击中锡液 50000 次。为了制造出13.5nm的极紫外光，还需要在1.5mm的尺度下，把液滴的距离控制到几乎相同的精度。
图/ASML
激发的光源能直接用来刻芯片吗？当然不能。还需要一个十分复杂的光学处理过程。
因为锡滴电子能级跃迁的时候，还会产生其它的频率的光子。再加上激发的极紫外光朝着四面八方发射，也需要找一个办法把所有的光收集起来。
整个过程，大致需要进行这些处理：布拉格反射器收集光线且过滤不符合波长的光线、光束矫正器矫正光源、能量控制器调整光强、穿过掩膜版、十几个硅和钼制成特殊镀膜反射镜不断缩小光源，修正补偿各种光学误差。
图/ASML
布拉格反射器，图/微信公众号qbdp
这个过程光源利用率极低，从光源发出的光，到达晶圆片时，往往已只剩下2%的能量。
也正是这个原因，极紫外光刻机的功率高达500kw，连续工作一个月，就会消耗数十万度的电。
同时反射镜的制造难度也是人类最大难度，反射镜的表面粗糙度低于100pm（也即0.1纳米），目前只有蔡司才有这样的技术。
LPP-EUV光刻机光源技术的难度，可见一斑。这也是它为什么能成为中国LPP-EUV光刻机发展主要瓶颈的原因。
但这个瓶颈，实际上正在被突破，甚至部分光源瓶颈已经解决。
图/清华大学
SSMB-EUV光刻原理的深度分析：
SSMB-EUV光刻厂所用的光源技术，核心为同步辐射技术，也即电子在电磁场的作用下，沿弯转轨道行进时所发出的电磁辐射。
理论上来说，对于大量接近光速的高能电子来说，只要不断改变它的方向，它就会不断释放出光子，随着速度衰减到足够低。理论上可以得到，从X光到远红外范围内的具有连续光谱、高强度、高度准直、高度极化、特性可精确控制的优异脉冲光源。
有人把SSMB-EUV光刻厂生产光刻机，理解成这样：
图/新浪微博
就……大错特错了！
同步辐射的不同频率的光源，并不是通过连续变化的电子速度产生，然后筛选出来的。
想一下，你梭哈一下，收集不断衰减的高能电子产生的光稳定。还是维持电子能量不变，持续获得的光源更稳定？
当然是后者。电子经过高能加速后，进入大环（储存环）后，电子能量是基本维持恒定不变。
图/中科院高能所
之所以能产生不同波长、不同运用场景的同步辐射光，依靠的是不同储存环内不同的磁场强度或不同插入件，对电子方向改变量不同来实现的。
例如，电子运动方向的一个很大变化，可以获得更高能的光子。更小的变化，则获得更低能的光子。单个储存环可以通过改变量的不同，获得从红外线到X光连续变化的光源。
而且这个过程，也不会改变大环内电子速度，从而不会影响其它储存环的工作。
北京同步辐射装置（BSRF）光束线和实验站示意图
也正是因为电子的速度基本不变，所以才会固定周期经过储存环，产生稳定的高频脉冲光源。
最高可以达到飞秒激光级。
光刻厂的大小为100多米，远远小于问题所说的5000米。
实际上，建设5000米大小的光刻厂，反而会降低光的脉冲频率。
总之，同步辐射光源，本质上不是需要你去从连续光谱中去筛选，而是可以自由产生。
正是如此自由便利，同步辐射光源才广泛运用于凝聚态物理、高压物理、化学化工、材料科学、生命科学、地球科学、环境科学、微电子、微机械加工、计量学、光学探测技术等前沿领域的研究。
这样大前提下，也要求同步辐射光源在亮度、频率、相干性、稳定性上不断迭代。
同步辐射光源，到现在已经发展到了第四代。
第一代粒子对撞，只能算是尝鲜。
第二代打造专门的同步辐射光源，用上了弯转磁铁，算是步入正轨。
第三代引入插入件改变光源的质量，开始运用在人类的各个前沿领域。
第四代相当于插入件的升级，例如，高能所的第四代同步辐射光源（HEPS），便通过复杂的插入件技术，让光源质量进一步提升，有了更精尖的运用场景。
图/中科院高能所
按理说，同步辐射光源已经发展到了第四代，这么优秀的光源质量，应该可以直接拿来制造光刻机才对。
那为什么还是不能直接制造光刻机？
本质上还是在于以前的插入件，其实主要优化的是X光，大大增加了X光的质量。在极紫外光源段，其实还是欠缺更细腻的约束，光源质量并不能拿来打造纳米级芯片。
而清华SSMB-EUV给出的解决方案是——稳态微聚束原理。本质上相当于插入了一个自由电子激光（FEL）发生器。
自由电子激光器本身就能发出从远红外到X射线波段的高亮度相干辐射，因此有第四代光源的美称。
自由电子激光（FEL）发生器，图/wiki
工作原理在于，周期性的磁场能约束电子形成微聚束，这个过程产生的光源强度会大大增强。
虽然SRF-FEL-EUV极紫外光刻机的设想理论可行，但造价成本高达数十亿，极大的成本让全球所有国家都望而却步。
而清华团队的SSMB方案，巧妙的地方在于，把自由电子激光（FEL）搬进了同步辐射储存环内。
你既可以认为，自由电子激光（FEL）使用了同步辐射量大管饱的电子供应，也可以认为同步辐射的储存环引入了一个前所未有的插入件，让其拥有了产出高质量极紫外光源的能力。
这个技术的难点在于，产生极紫外光源的电子约束并不能使用传统的微波，需要用到激光。
实验团队所用的是1064nm激光。
图/Experimental demonstration of the mechanism of steady-state microbunching（Nature DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03203-0）
简单来说，就是激光形成的光学势井可以约束电子，这个过程和自由电子激发的原理是相同的。
电子束会形成具有精细微结构的微聚束，微聚束会在激光波长及其高次谐波上辐射出高强度的窄带宽相干光。
图/Experimental demonstration of the mechanism of steady-state microbunching（Nature DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03203-0）
这种方法产生的光，波长可覆盖从太赫兹到极紫外波段，正好解决了X光之外，红外线以内的光源。
依据清华团队自身预估的造价，在几亿到十亿之间，制造成本甚至比ASML的LPP-EUV光刻机还低了好几倍。
当然，这样的光刻机能源成本可能会远远高于LPP-EUV光刻机，
优势也在于光源量大管饱，如果产能足够，生产足够多的尖端芯片，的确有可能通过盈利来降低运营成本。
当前全球正迎来全新的AI革命，这离不开高精尖的芯片支持。
或许在这样的大背景下，日益增强的高端芯片需求，还真有可能养活这样的光刻机厂。
个人认为，SSMB-EUV光刻厂要全面商用，应该还需要一段时间的技术沉淀来解决各种难题，同时降低成本。
虽然相比起ASML光刻机，光源获取的难度低了，但同样涉及到光学路径的全新设计，在反射、滤光、色差等方面，都需要达到媲美ASML光刻机的精度。
同时还需要有同样精密的操作台（这也是国产光刻机目前正在解决的重要技术瓶颈），这些都必须硬着头皮解决，才能保证芯片的良率和效率。
良率和效率是极其重要的，如果不考虑这两方面，其实中国早就有很多方式制造高端纳米芯片。例如，DPP-EUV光源方法，也就是电能转化等离子体方法，缺点是这种方法能量太低了。
这也是为什么清华团队说必须解决上下游问题，才有SSMB光刻机了。
但这些都是迟早能解决的，尤其是中国的LPP-EUV光刻机能媲美ASML时，SSMB-EUV光刻厂的上下游的技术壁垒也将会被打通。
SSMB-EUV光刻厂的大量高端芯片产出，一经全面商用，对全世界电子产业，将会是颠覆性的影响。
一台有着4张顶端N卡的图形工作站价格高达10多万，在这样的产能革命性下，哪怕摩尔定律失效，人类芯片无法做得更小。也可以人手一个图形工作站，通过“暴力”的方式增加算力，同样能在AI运用爆发下，为个人提供算力支持。
其实从物理学极限的角度来说，无论人类光源技术再怎么提升，离摩尔定律失效的时间也已经不远了。
但无论怎么样，光刻厂量产高端芯片的实现，比可控核聚变的商用会快得多。而后者的实现，又会带来前者前所未有的运用革命。
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