中国要造出自己的EUV光刻机有多难?看看EUV用的镜头就知道了

瞻云 2023-05-28 18:39:29

EUV极紫外光刻机镜片,是世界上最光滑的物体之一。

它的镜片粗糙度优于50pm以下(1pm=10^-12米)[1]。

最新一代EUV光刻机,最大镜面1.2m,表面粗糙度仅仅只有20pm(均方根 ),面精度(峰值与谷值的差值 )也仅仅只有0.12nm[2]。

如果把EUV光刻机镜片放大到地球那么大,那么它的表面粗糙度也仅仅0.2mm。

而一般中子星表面粗糙度也有几毫米,面精度甚至有几十厘米,它的粗糙度已经优于了中子星。

EUV光刻机为什么需要这么高的精度?

主要原因在于EUV光刻机通过精准控制激光器,连续两次照射滴落的锡液(第一次激发为等离子体),得到13.5 nm稳定极紫外光。

虽然经过精密控制,但一开始得到的光源也不能完全13.5 nm,需要通过布拉格反射镜收集光源,然后再使用多个光束矫正器,把光线校正为可用的光源。

例如,通过不规则的镜面,把不规则的波前调整成规则的球面或者平面波,甚至补偿修正像差。

为了降低色差,从光掩模出来的光,还会经过数个反射镜才会到达晶圆片上。

光掩模既雕刻芯片的模板,位于光刻机的顶部

光刻原理

为了在不停修正成像,完成高精度光刻,极紫外光刻机使用的反射镜数目可多达十几个以硅与钼制成的特殊镀膜。

由于每一次反射,误差就会放大,所以镜面的平整度需要比光刻尺度还要低上1000倍。

不过EUV光刻机的镜头,并不是ASML自家的技术,而是蔡司帮忙量身打造的。

200年的光学沉淀,在全球光学技术上,蔡司如果称第二,就没有敢称第一了。

硅原子的直径都有0.25nm,蔡司的这个精度可谓是已经接近物理极限。

扫描隧道显微镜下的硅原子

这也是为什么EUV光刻机需要在真空中工作,而且连病毒细菌都不能污染。

毕竟一个病毒的大小往往都能达到20-250nm。

中国无法制造出EUV光刻机,最重要的一个原因就是光学技术的差距。

中科院目前能够达到的精度是0.1nm,而且这个还是实验室精度,是EUV光刻机镜片表面粗糙度的5倍。

虽然,国产EUV光刻机迟早会实现,但可能会是一条漫长的技术沉淀之路。

很多人可能不能理解,为什么EUV光刻机的精度(粗糙度)会比硅原子还小?

我这里再补充一下:

表面粗糙度是通过RMS(均方根)计算:

要做到精度小于硅原子,其实并不是需要所有的表面凹凸都比硅原子更小,相反最大的凹凸实际上相当于5个硅原子(0.12nm),但只要做到大部分的表面整齐。

那么均方根不仅可以小于一个硅原子,甚至可以远远小很多。

那么蔡司是通过什么技术做到的呢?

其实很容易查证,蔡司所用的是离子束抛光技术[3]。

可以看出,离子束抛光技术的基本精度,本身就是原子级别的

超光滑表面加工工艺有好几种:

离子束抛光、磁流变抛光、抛光盘抛光、柔性介质抛光、浴法抛光、浮法抛光,等离子体辅助抛光……

其中,多种抛光方法的精度都可以优于1个硅原子级别。

蔡司在2015年提出了离子束抛光抛光装置,后又于2017年申请了两项专利,进一步在晶体上设置非晶体材料,然后用电子束照射消除基底表面缺陷,使基底更加的平滑。

我们知道晶体材料的原子是一个个排列在晶格中的,即便是解理面这样的高度平整的表面,相对比离子束抛光技术,都有着更高的表面粗糙度。

这种抛光技术,其实相当于在物体表面原子层面进行雕刻修饰[4]。

从5nm抛光到0.3nm:

通过离子轰击,反冲效应会移除表面低谷中结合能最低的粒子。

通过建立多层膜,可以降低晶粒扩散时的反射率,从而可以打造更小的粗糙度。

离子束抛光中的离子束溅射法能够沉积致密的薄膜,从而可以一层层地给EUV光刻机镜片镀上多层膜。

目前先进的超光滑表面粗糙度为0.1nm左右,蔡司能做到0.02nm真的不服不行。

最后,希望中国光学技术的发展,能尽快达到生产EUV光刻机的标准。只要光学技术达到了,其它问题很快也就会迎刃而解了。

当然,虽然我希望尽快,但目前来说,应该还是一个需要足够时间来攻坚的。

虽然宣传说2024年,但我认为完全商用的EUV光刻机,保底都需要到2025年以后,但在2030年之前完成的概率是极大的。

所以,我认为中国造出自己的EUV光刻机应该在2025~2030年之间。

你怎么看待呢?

参考

^http://euvlsymposium.lbl.gov/pdf/2015/Oral_Wednesday/Session9_EUV%20Lithography%20Extendibility/S9.1_Kaiser.pdf

^中国电子报:一家“磨玻璃的”,为何如此任性?

^张凯华. 光刻机曝光系统中物镜抛光专利分析[J]. 电子元器件与信息技术, 2020.

^https://rdreview.jaea.go.jp/tayu/ACT04E/04/0404.htm

4 阅读:1690
评论列表
  • 2023-05-29 00:26

    只要给稿费,没有什么难度的

  • 2023-05-30 23:00

    EUV光刻机的所有关键零件都是来自全世界各国的最高技术。如果我国真的能一国之力做出了EUV光刻机,也就是说各个领域都世界第一了。实际上连美国都做不到。

  • 2023-05-29 13:29

    我们没有空间站的时候,说空间站是人类科技皇冠上的钻石,我们没有航母的时候说航母是顶尖科技的结晶,我们没有隐身战机的时候,说隐身战机是科技权杖上的宝石,我们现在4纳米芯片量产了,欧美都傻逼了。

    用户10xxx28 回复:
    哪里有4纳米? 梦里?还是你嘴巴吐出来的?
  • 2023-05-29 21:53

    长春光机所EUV光源的工程样机已经做出来了。

    用户10xxx28 回复:
    一看就是14纳米以上 要不就是假消息。
    细眼看世界 回复: 用户10xxx28
    EUV波长多少?
  • 2023-05-31 17:49

    我们在主播们的傲娇中,早已突破相关技术[得瑟]

  • 2023-05-29 15:56

    原来我国现在的发展是被镜头给卡住了

    风姿物语!狼 回复:
    是光学领域
  • 2023-05-31 11:03

    霍金生在这里都得站起来向领导敬酒呢,怎么当科学家

  • 2023-05-29 19:59

    光刻机的许多技术,其实都是军工技术的民用版,比如这个超级透镜。激光打锡球其实和惯性约束核聚变打靶差不多。而光刻胶实际上就是设计特一种材料去吸收特定波长的电磁波。所有这些没有多年积累是不可能的,所以,要清楚难度,不要天天网上投产!

  • 2023-05-29 12:35

    镜头精度问题还只是光刻机问题的冰山一角,需要克服的技术难关太多了,任重而道远!

  • 2023-05-31 17:37

    中国必须攻克

  • 2023-05-31 16:14

    重赏之下,必有勇夫。只要奖励足够,重视足够,没有什么能难住中国人。

  • 2023-05-29 12:02

    2013年还是2015年,就以极少字数报道我国具备光学镜头亚纳米级高精度加工技术,为世界第三个,果然是字数越少问题越大,直到前个月,我才知道是用来干嘛的,除了加工4.3米超大直径太空望远镜物镜镜头外,就是专门用来加工EUV光刻机透镜的!透镜真正难度系数最大的不是镜片加工,而是镜片上的镀膜!镜片精度为0.25纳米,那么镀膜精度必须是≤0.05纳米!我国在2021年已经做到0.1纳米以内。

  • 2023-05-30 22:30

    这外国鬼子还是蛮聪明滴

  • 2023-05-30 22:24

    以前说没有超算,原子弹是造不出来的,还不是一群人用算盘算出来了?

瞻云

简介:科普作家,生物学、物理学领域创作者