這一次不是虛的！在光刻機所需的EUV光源方面，大陸可能真的要領先了。清華大學提出的SSMB（穩态微聚束）光源方案，可以實作大功率高品質EUV極紫外光的輸出，光源功率可輕松超過1kW，是ASML即将推出的2納米光刻機的兩倍以上，而且還有進一步提升的空間。
關鍵是SSMB光源輸出的光品質出奇的好，而且通過不同的配置，能打出各種頻率的窄帶光，除了現在常用的13.5納米極紫外光之外，SSMB光源從太赫茲的微波到6納米的軟X射線都能輸出，這或許能進一步解鎖光刻機的能力，甚至引發新的晶片技術革命。
為啥SSMB光源就能這麼牛呢？這個說來話長。俗話說沒有對比就沒有傷害，咱們先來看看著名的ASML公司用的是什麼光源。光刻機的光源波長越短，分辨率就越高，刻得就越精細，也就能實作更小的晶片制程。目前ASML最先進的EUV光刻機，用的是雷射等離子體光源（LPP-EUV），具體來說是錫蒸汽光源，能夠輸出13.5nm的極紫外光，進而生産出5nm甚至更小制程的高端晶片。
這種錫蒸汽光源是非常複雜的，它會持續不斷的發射出很小的錫金屬液滴，然後用大功率的紅外雷射束打在這個液滴上，将其瞬間蒸發為錫蒸汽（等離子體），再将雷射或電子束對準錫蒸汽，激發其中的原子，這些被激發的原子再躍遷回來，就會輻射出13.5nm的極紫外光。
錫蒸汽光源在光刻機上實作了巨大的成功，但并非沒有缺點，比較顯著的就是功率較低，不容易進一步提升。而光源功率越大，制造晶片的效率就越高。目前ASML努力要将光源做到500W的水準，已經相當不容易了。再想進一步提高雷射等離子體光源的功率，受到的限制相當大。
而這種光源的另一大缺點是相幹性差，單色性低，就是說産生的極紫外光波長不是太集中在13.5nm附近。這一缺點使得需要用多個帶有多層鍍膜的反射鏡，将光束多次反射來淨化能譜，得到較純淨的13.5nm極紫外光。
這兩大缺點實際上限制了LPP-EUV光源的能力，按現在對晶片制程和生産能力的需求，早晚會達到這種光源的極限。于是人們又想到了其它類型的光源，常被提及的有同步輻射光源和自由電子雷射這兩種。
同步輻射是加速器産生的。當大型加速器中的帶電粒子在磁場作用下發生偏轉時，就會沿着運動的切線方向産生同步輻射（SR），同時損失能量。這種同步輻射一度被視為是“有害”的，因為它增大了能量損失，限制了粒子能量的進一步提高。但科學家很快就發現同步輻射光有很多優點。
比如說高亮度，同步輻射光有很高的輻射功率和功率密度，第三代同步輻射光源的X射線亮度是X光機的上億倍。其它的還有寬波段、窄脈沖，高偏振、高純淨等，是進行科學研究的利器。既然SR光源能達到高亮度，那麼用它來做光刻機光源豈不是很理想？
确實有這樣的前景，甚至已經有網友設想了未來的同步輻射光刻機：利用大型電子加速器的儲存環，在不同位置引出多個同步輻射光束，同時進行光刻生産。雖然大型加速器占地面積很大，可能長達數百米，投資也很高，但利用其高亮度，能夠大大提高生産效率。
這種“大廠房1拖N”式的光刻工廠很令人向往，但實際上卻有很多攔路虎。SR同步輻射光源的亮度雖然高，但相幹性差。相幹性這個詞不是那麼好了解，通俗的講就是加速器儲存環中的電子束團不夠集中，發出來的同步輻射光不能形成合力，結果導緻平均的光源功率反而沒有設想中的那麼高。
與同步輻射光相比，另一種光源——自由電子雷射（FEL）能夠實作更高的峰值亮度和更強的相幹性。自由電子雷射采用直線加速器将電子加速到接近光速，然後經過一排由扭擺磁鐵組成的“波蕩器”，電子在裡面有規律地扭來扭去，産生了同步輻射，這種同步輻射又與電子束自身發生了作用，使電子束發生了聚集，産生了高亮度和波長非常集中的相幹輻射光，亮度比同步輻射要高8至10個數量級。
自由電子雷射器
但是這種光源的平均功率卻受到了直線加速器的限制。直線加速器無法在短時間内産生足夠多的電子束脈沖，使得自由電子雷射的峰值亮度雖然高，卻因為在機關時間内的脈沖數量不夠多，使得平均功率反而比較低，同樣也不利于光刻。
那麼可不可以既能産生高峰值亮度的窄波段輻射光，又能提高機關時間内的脈沖數量呢？清華大學的科學家想到了一個絕妙的辦法：将加速器的同步輻射與自由電子雷射結合起來，就出現了神奇的效果，實作了平均功率很高、且單色性極好的EUV極紫外光的輸出！這就是SSMB穩态微聚束光源，它到底是怎麼實作的呢？
前面提到過，同步輻射光源的問題在于加速器儲存環中的電子束團不夠集中，束團比較長，在毫米到厘米量級，進而影響了輸出光束的品質，制約了亮度和功率的提高。那麼解決這一問題的辦法當然就是縮短束團的長度，所用的手段就是把自由電子雷射那一套搬到環形電子加速器上。
在加速器儲存環的一個直線段，給它加上一束調制雷射。為了讓加速器中的電子束團能夠與雷射發生作用，還加了一排扭擺磁鐵，使電子的軌迹産生扭動。經過雷射調制，電子束團再轉一圈回來後，束團尺寸出現了驚人的縮短，這一過程就被稱之為“微聚束”。
如果将電子束團長度縮到3nm，就能夠實作13.5nm極紫外光的輸出，亮度可達同步輻射光源的100億倍！由于加速器儲存環可以實作能量的持續補充，而且與脈沖數量不夠多的自由電子雷射相比，儲存環中存在非常多的電子束團，能夠源源不斷的産生光束，也就被稱為SSMB“穩态微聚束”。
SSMB光源可不隻是在理論上說說而已，清華大學團隊已經在德國亥姆霍茲柏林中心的加速器儲存環上進行了驗證試驗，使用1064nm的紅外雷射對電子束團進行調制，在入射雷射頻率及其高次諧波頻率上探測到了強相幹輻射輸出，驗證了微聚束理論的可行性。
清華大學團隊據此設計了SSMB光源方案，加速器儲存環周長100~150米，電子束能量大于400兆電子伏，束團長度被壓縮到3nm，進而在13.5nm極紫外波長上産生大于1千瓦的輻射功率，輕輕松松就超過了ASML錫蒸汽光源的兩倍。而且這種極紫外光的品質要遠遠好于傳統的錫蒸汽光源，單色性更好，對反射鏡的要求更低，完全能夠滿足大規模晶片生産的需求。
而更令人振奮的是，SSMB穩态微聚束不止能産生13.5nm級别的極紫外光，通過調整參數，還能發出波長更長或更短的光束，比如6nm的軟X射線，進而制造出分辨率更上一層樓的超強光刻機，實作比1nm、2nm更小的晶片制程！當然由于X射線性質特殊，穿透力和吸收率都比較大，需要先突破反射鏡制造的難題才行。
總之，如果清華SSMB光源方案得以實作的話，大陸光刻技術很有可能實作彎道超車，一舉反超看上去不可撼動的ASML，實作在晶片制造行業的領先地位。目前清華大學的穩态微聚束(SSMB)極紫外光源項目已經在申報國家重大科技基礎設施，計劃在雄安新區進行建設。
不過需要指出的是該裝置隻是光源，而并非像網上所傳的完整光刻機。即使通過SSMB方案解決了極紫外光源問題，還需要進一步打通上下遊的鍊條，才能夠造出真正的新一代EUV光刻機，期待這一天能夠早日到來！