Kinesiska Tsinghua University är i full färd med att planera en partikelaccelerator med diametern 100–150 meter i jakten på en högkvalitativ ljuskälla för halvledartillverkning, rapporterar South China Morning Post. Sagda ljuskälla är tänkt att vara i EUV-spektrumet (Extreme Ultraviolet) likt ASML:s mest avancerade scanners som aldrig sålts till Kina – men ska till skillnad från existerande teknik inte nyttja speglar för ljuskällan.
Nyligen konstaterade ASML:s VD Peter Wennink att ett Kina som förvägras avancerad litografiutrustning tvingas bli innovativt. Att Wenninks bolag har Kina som största enskilda marknad kan ha varit en bidragande faktor till att hans argument fallit för relativt döva öron, men att para den av Tsinghua University föreslagna processen Steady-State Microbunching (SSMB) med en partikelaccelerator för att uppnå halvledartillverkning i absolut spjutspets platsar definitivt som innovativt.
SSMB i sig existerar än så länge inte i produktionsklar teknik, men har sina rötter i en teori utvecklad av Stanford-universitetets dåvarande professor Zhao Wu och studenten Daniel Ratner år 2010. Tekniken går ut på att fånga det ljus som skapas av laddade partiklar under acceleration – ljus som råkar sträcka sig från 0,3 millimeter i terahertz-bandet hela vägen ned till 13,5 nanometer i EUV-spektrumet.
Enligt professor Wu, sedan år 2017 på Tsinghua University, har SSMB en annan stor fördel mot konventionell litografiteknik – en jämn och hög intensitet på det kontinuerliga ljus som skapas. Detta är att ställa mot laserbaserad litografi, som bygger på pulser med hög peak-intensitet. Med tanke på att ASML:s laserbaserade EUV-strålar vid kiselskivan, efter att ha reflekterats av hela elva stycken speglar, endast har en effekt om knappa 5 watt är målet enkelt – att tillförlitligt producera en starkare EUV-ljuskälla.
An SSMB-EUV light source has been designed at THU, with designed EUV power higher than 1kW, and some key technologies are nearly ready
– Pan Zhilong, professor, Tsinghua University
År 2022 designades en SSMB-ljuskälla för EUV-strålning med en uteffekt om över 1 kilowatt – vilket vida överstiger ASML:s laser om cirka 250 watt. Det rörde sig dock inte om någonting som är i närheten av att vara produktionsfärdigt, utan istället uttryckte professor Pan att ”vissa nyckelteknologier är nästan klara”. Till detta tillkommer nu alltså en partikelaccelerator i Hebei-provinsens Xiong’an för vidare forskning i SSMB.
Tsinghua University och SSMB är med andra ord inte ett direkt hot mot ASML och västvärldens EUV-monopol, men kan på sikt mycket väl bli en teknik att räkna med. ASML påbörjade å sin sida redan under 90-talet resan mot EUV-litografi och investerade över 6 miljarder euro för att år 2013 leverera produktionsexemplar av de första maskinerna med EUV-strålning. Först i år levererar ASML sina första High NA-maskiner (High numerical aperture), med än mer fokuserade strålar med högre uteffekt än tidigare, en förutsättning för effektiv tillverkning på 2 nanometer och mindre.
There is still a long way to go before our independent development of EUV lithography machines, but SSMB-based EUV light sources give us an alternative to the sanctioned technology
– Tang Chuanxiang, projektledande professor vid Tsinghua University
Målet för Tsinghua University och Kina är dock inte att konkurrera med ASML i närtid, enligt projektledare Tang. Istället ses SSMB som ett alternativ som efter ytterligare forskning och investeringar säkrar Kinas framtid som självförsörjande inom halvledare. Om SSMB kommer kräva en dedikerad partikelaccelerator i 150-metersklassen lär tekniken inte få någon större spridning internationellt – men ett land likt Kina som insett värdet av halvledare och fryses ute av resten av världen är det åtminstone en forskningssatsning värd att göra.
