解读国产光刻机困局（六）中国的EUV光源在哪里（中）？

　　--我们从哪里来？又到哪里去？2014: 华中科技大学，王新兵教授的EUV光源
　　上次聊到华中科技大学在王新兵 教授的领导下，开展了射流EUV装置 的研发，并且已经实现进行了EUV光源的测试！这是中国LPP-EUV光源研究的新的起点 ！
　　王新兵教授自2014年起，陆续发表了6篇EUV光源研究的论文：
　　2014 : Emission properties of Tin droplets  laser-produced-plasma light sources
　　2015 :Angular distribution of ions and extreme ultraviolet emission in laser-produced tin droplet plasma
　　2016 :Time-Resolved Optical Emission Spectroscopy Diagnosis of CO2 Laser-Produced SnO2 Plasma
　　2016 :Ion and extreme ultraviolet emission features of CO2 laser produced Sn and SnO2 plasmas
　　2020 :Laser-induced liquid tin discharge plasma and its EUV spectra
　　2020 :Characteristics of laser induced discharge tin plasma and its extreme ultraviolet radiation
　　在2014年的第一篇论文中，王新兵教授的课题组研究了最初的射流系统工作能力，当时的液Sn装置温度265度，真空度0.1mbar，喷嘴尺寸是80微米，喷射的液滴尺寸为150um （图1）。此时的装置用的仍然是普通的实验室二氧化碳激光器和YGA激光器（图2）。
　　图1：2014年王新兵教授论文中使用的射流装置图
　　最终实验结果为：
　　二氧化碳激光器作为激发源获得EUV光源功率为2.29mJ（转换效率0.25%）；
　　YAG激光器作为激发源获得EUV光源功率为0.53mJ（转换效率0.23%）；
　　阅读过我之前系列解读文章的朋友大概能理解这两个数字的意义，但这是我见到的公开资料里最早的中国EUV光源的功率数据。但是这距离射流概念发明也仅仅只有10个年头。
　　图2：2014年王新兵教授论文中使用的测试射流EUV功率的装置图2014-2020年: 华中科技大学，王新兵教授的EUV光源
　　2014年的射流EUV研究，是已经积攒了数年之功，虽然此时ASML已经交付了商用EUV光刻机，但此时发力追赶，或许今天中国面对的情况就完全不一样了。
　　但是非常诧异的是，2014年之后，王新兵教授似乎并没有将射流EUV研究放大和产业化的规划。这我们可以从2015-2020年的5篇论文窥探端倪：
　　1，仅有2015年一篇论文报道了射流系统的谱学研究 （图3）；
　　2，2016-2020年的4篇论文又回到了激光激发固态Sn靶 的早期研究工作范畴去了（图4-:5）。
　　我们能够理解，如果回到6,7年前，我们可能无法预料到如今中国的EUV研究的困境。
　　图3：王新兵教授2015年发表的EUV研究系统
　　图4：王新兵教授2016年论文的EUV研究系统
　　图5：王新兵教授2020年论文描述的EUV测试系统2019年：王新兵教授再次公开发布的LPP-EUV光源测试结果
　　值得欣喜的是，在一篇2019年的会议POSTER资料中，我们再次看到了王新兵教授研发的射流装置（图6）：这一次大家可以看得更清楚，这个系统看上去比2003年的硕士论文里描述的要更精致。
　　这一次王新兵教授报道的最新测试结果（图7，图8）：
　　EUV光源的转换效率提升到1%！
　　这个结果已经比2014年提升了4倍！
　　而我们知道，日本光刻机光源巨头Gigaphoton在2004年采用射流LPP方案后，于2005年通过MOPA系统已经实现了4%的转换效率 （图9）。
　　即便是回到2004年初，瑞典皇家理工学院采用YAG激光首次报道的射流激光等离子体LPP-EUV发射装置，EUV的转换效率也已经达到2.5%。
　　王新兵教授这组数据是目前我见到的华中科技大学报道的EUV光源测试的最好数据。
　　图6：2019年：王新兵教授报道的改进的射流LPP装置
　　图7：2019年：王新兵教授报道的最新射流系统喷射的Sn流照片
　　图8：2019年：王新兵教授报道的射流系统EUV测试装置和光源实拍图
　　图9：2005：日本Gigaphoton报道实现射流LPP的4%收集效率2021年：王新兵教授，继往开来
　　值得一提的是，2021年6月，也就是上个月，在《光学与激光技术》杂志上，王新兵教授再度发表一篇论文，题目为：激光诱导放电钆等离子体的放电特性及极限紫外光谱 （图10）。
　　＂Characteristics of discharge and beyond extreme ultraviolet spectra of laser induced discharge gadolinium plasma＂
　　在这篇比较新的论文里，王新兵教授发展了一种6.7nm的新光源 （图11）。虽然这是一项非常基础、非常早期的研究，距离目前的商用EUV概念还有很远的距离，但是中国需要这样不断在基础领域扎根、做实、尽早入场的研究 。
　　图10：2021年王新兵教授最新发表的极紫外光源研究论文
　　图11：2021年王新兵教授最新发表的6.7nm光源研究论文结语
　　过去10年，华中科技大学继承了2004年瑞典皇家理工学院的射流EUV光源研究 ，并且基本重复了2004年的研究内容，并且做了大量的基础研究工作，为中国的EUV光源研究打下了很好的基础。
　　但是有两个问题需要思考：
　　1，为什么2004年国外大学的研究成果，我们需要近15-20年的时间去追赶？昨天有从事过相关工作的朋友提到国家工业基础支撑这个重要的概念，我想值得大家探讨；
　　2，从华中科学大学近10年的研究脉络，我们可以看到大学基础研究的目标和商业化的目标实际上差距非常遥远，以致于日本Gigaphoton仅用1年的时间完成的射流LPP导入工作，而我们依然长时间的落后。
　　在王新兵教授的公开论文资料中，我们没有看到高功率MOPA系统、高效的EUV收集镜头系统、以及相应的光学、除尘等配套系统的支撑 。而如果连基本的EUV收集镜头都没有，又如何实现光刻机整体测试呢？当然，我们也没有看到有更多的科研项目和科研资金的导入和支持。因此，实际上该项研究成果距离商用EUV光源路途也依然遥远。
　　那么中国还有更新的EUV光源设计吗？中国还有更接近商用化EUV概念的光源设计吗？我们下次再聊！
　　参考1：https://www.researchgate.net/scientific-contributions/Xinbing-Wang-74848235
　　参考2：https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/9048/1/Emission-properties-of-tin-droplets-laser-produced-plasma-light-sources/10.1117/12.2045732.short
　　参考3：https://www.euvlitho.com/2019/S76.pdf
　　参考4：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0030399220315371