说说我知道的光刻机技术,清华这项突破,相当于穿插到敌后建防御阵地了
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说说我知道的一些。
目前EUV光源从产生方式分类,主要包括各种加速器光源、激光等离子体(LPP)光源、气体放电等离子体(DPP)光源3种。LPP(ASML目前用的就是这种)和DPP就不说了,加速器光源又主要包括同步辐射(SR)光源和自由电子激光(FEL)两种。
我们知道,EUV光刻对光源的要求主要包括:高平均功率(这样曝光速度快,利于提高生产效率)、高亮度(可以降低对光刻胶的敏感度要求)、高纯度(就是频带比较窄,有利于提高分辨率)、短波长(同样有利于提高分辨率)。
SR光源的功率、亮度都很好(比LPP/DPP光源强得多),但它产生的是一个频率范围较大的连续光谱,需要配合滤光器得到合适的窄带光源。问题是“宽带”滤成“窄带”必然损失大量的光能,部分抵消了功率高的优点。
而FEL亮度可以非常高(一般可以比SR还高10个量级),纯度也非常高(激光嘛),但麻烦的是脉冲重复频率比较低,这样平均功率就降得很厉害。
现在这个SSMB光源把SR和FEL结合起来了,可以得到高功率、高亮度、高重频、窄带宽的光源,而且波长可调(因为FEL的波长连续可调),别说EUV,哪怕是硬X射线都能达到,而且不需要SR的滤光器或LPP/DPP的光谱纯化装置(跟滤光器是同样的作用,只是目前主要采用一堆镜子反射多次来实现,效率也很低),可以达到单纯的SR、以及LPP/DPP光源无法达到的高效率,显然,就性能来讲是非常适合进行EUV光刻的。
然而,加速器光源(不管是SR还是FEL)最大的弱点是非常昂贵(通常一套就要几亿、几十亿),而SSMB=SR+FEL,那就是贵上加贵,不适合大规模生产应用。另外体积也太大:文中提到的德国SR装置的电子储存环周长有48米,但产生的只是1064纳米的光,而能产生硬X射线的上海光源,其电子储存环周长432米。
另外,现在只是完成了首个原理验证实验。即使后续很快完成立项、概念设计和工程设计,从开工建造到投入使用,估计怎么也得个4、5年(具体要多久至少要等到概念设计出来才能“毛估估”:做成专用的EUV光刻光源还是类似“上海光源”的大型综合科学装置,成本和工期差别很大)。
作为参考,“上海光源”(SR)2004年2月批准立项,2004年12月25日动工,于2009年4月完成调试并向用户开放。“大连相干光源”(FEL)于2012年初正式启动,2014年10月22日正式开工建设,2016年9月24日首次出光。所以,SSMB技术大概率不能赶上首台国产EUV光刻机,想尽快出来国产EUV光刻机,还得指望上海光机所的LPP-EUV和哈工大的DPP-EUV。
但是,如果“稳态微聚束极紫外光源研究装置”能及时立项和建成,一定会缩短中国EUV光刻机的追赶时间:有了高功率、高亮度、高纯度的EUV光源装置,就可以并行开展更高光源参数的EUV光刻机的光路平台等相关技术的开发与设计。这相当于在正面进攻的同时,派一支部队穿插到敌后去建立防御阵地(对了,正是PLA喜欢的“纵深穿插-分割-包围”战术)。这是在有足够资源的今天,打破国外技术壁垒的最快方法。