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    EUV光刻機中的激光技術
    材料來源:通快           錄入時間:2021/10/8 23:29:37

    EUV 光刻是以波長為 10-14nm 的極紫外光作為光源的芯片光刻技術,簡單來說,就是以極紫外光作“刀”,對芯片上的晶圓進行雕刻,讓芯片上的電路變成人們想要的圖案。如今,世界上最先進的 EUV 光刻機可以做到的“雕刻精度”在 7nm 以下,比一根頭發的萬分之一還要細。華為自主研發設計的麒麟 990 芯片,采用的就是 7nm Plus EUV 工藝。該技術的核心之一正是激光脈沖,通快公司是目前全球唯一一家能夠供應 EUV 光刻用激光放大器的廠商。

    圖1:半導體光刻機的核心是通快激光放大器

    提到極紫外光刻(EUV),人們傾向于把注意力集中在芯片工藝和光刻設備,但是他們往往會忽略另一個重要的方面:光從哪兒來?

    EUV 光刻技術已經發展了 20 多年,直到幾年前這種技術是否能夠進入工業化芯片生產還是一個開放性的問題。在研究過程中,人們發現所有懸而未決的技術挑戰中極紫外光是最大的難題。

    圖2:光從哪兒來

    讓我們看一下 EUV 光刻整個過程的示意圖(圖1):

    第一步:

    CO2 激光脈沖被放大到非常高的功率,輸出超過 30kW 平均脈沖功率的激光數,其脈沖峰值功率可高達幾兆瓦;

    第二、三步:

    不斷滴下的錫珠被激光束擊中成為一個發光的等離子體,發射出波長為 13.5 nm 的 EUV 光;

    第四、五步:

    極紫外光聚焦后,通過反射透鏡首先傳輸到光刻掩模上,然后照射到晶圓基片上。

    對于每一個步驟,都需要非常復雜的技術,接下來讓我們聚焦激光脈沖是如何產生以及如何放大的(第1-3步)的?

    首先,我們需要產生短脈沖激光光束作為種子光,然后讓它經過多級放大。實際上會有兩個脈沖——預脈沖和主脈沖。預脈沖首先擊中錫珠,使它變成正確的形狀;然后主脈沖將壓扁的錫珠轉化為等離子體,從而發射出珍貴的 EUV 光。

    這里的難點在于放大階段會不斷增加它的功率,但必須確保兩個光束在錫珠上有正確的光學性能,尤其是正確的聚焦。每束脈沖激光都由非常微小的、緊湊的光粒子組成,緊緊地拋向錫珠。為了正確地擊中它們的目標,它們必須在正確的瞬間到達,不能過早或過晚;否則,沖擊力將無法壓平錫珠。在最壞的情況下,第二道激光脈沖射出的子彈沒有擊中目標,EUV 就會失敗。

    以上過程每秒鐘進行五萬次。

    為了讓激光束以極大的功率穩定傳輸,系統的復雜性可想而知。

    事實上,EUV 激光系統由大約 45 萬個零件組成,重約 17 噸。為了確保這些零件正確組裝,僅檢查標準就多達 1000 多條,這還不包括模塊和子模塊額外的預檢標準。

    從種子光發生器到錫珠有 500 多米的光路,這對所有零部件都提出了非?量痰囊,尤其是系統中包含的 400 多個光學元器件。   

    圖3:EUV 激光系統由大約 45 萬個零件組成,重約 17 噸,線纜長度超過 7000 米

    作為該系統的光源,該激光器產生的等離子體溫度為 22 萬℃,比太陽表面的溫度高 30 至 40 倍。

     圖4:CO2 激光器中的受激混合氣體發出獨特的紅光——這就是 EUV 光最初的來源

    EUV 需要很長時間才能達到市場成熟度。事實上,EUV 光刻技術開發者所面臨的問題是如此的多樣和新穎,以至于沒有合作伙伴。單靠一家公司的力量是無法解決的,掌握這一高度復雜的技術并將其付諸實施,需要一個由具有不同專業技能的研究人員和開發人員組成的完整網絡。

    通快(TRUMPF)已經在 EUV 光刻激光發生系統上投入了超過 15 年。2005年與美國 Cymer 公司開始合作,并在 2013 年 ASML 收購 Cymer 公司后繼續合作。在這段時間里,通快為此專門成立了一個獨立的子公司——通快半導體制造激光系統公司(TRUMPF Lasersystems for Semiconductor Manufacturing),該子公司擁有超過 500 名員工,專門負責開發和生產 EUV 激光器。

    這種持久的關系是今天 EUV 光刻機實現工業化生產的關鍵。

    憑借通快在 EUV 極紫外光刻方面的突出貢獻,榮獲了 2020 年德國科學成就領域最高榮譽——德國未來獎,該獎項旨在表彰在技術、工程和生命科學領域取得的特殊成就。2020 年 11 月 25 日,德意志聯邦總統弗蘭克-瓦爾特-施泰因邁爾在柏林維爾蒂音樂廳向通快頒發了該獎項。

    圖5:通快參與研發的 EUV 光刻技術榮獲 2020 德國未來獎

    (文章轉載自網絡,如有侵權,請聯系刪除)


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