2010年,EUV光刻机实现量产,芯片制造工艺大幅提升。但EUV光刻机的制造商仅有ASML一家,再无分店。
究其原因还是EUV光刻机技术要求太高了,尼康、佳能等昔日的对手全部放弃了这个项目。
一台EUV光刻机造价约12亿人民币,拥有10万个机密零部件,4000条线路,2公里长的管线,总重达到了180多吨。
光刻机的光刻是在移动状态下进行的,而移动速度是非常快的,可说“比战斗机的加速还要快”,因此任何一颗螺丝的松动都可能让设备散架。
整个EUV设备是由多个极为复杂的零部件,最终拼凑在一起的,其中当属光源和透镜最为复杂。
制造EUV光源有多复杂呢?
EUV光刻机采用了波长为13.5nm的极紫外光,这种光极难获得。
ASML与加州的Cymer公司和德国激光公司Trumpf共同打造了一套光源系统。
准备一台30KW大功率激光器,使其能够发射出50万赫兹的高强度脉冲激光。
其次,制造一个特殊的加热容器,可以使锡保持液态。液态锡进入一个滴管中,可以使锡滴直径达到“人类头发直径的三分之一”。
如此,利用激光轰击下落的锡滴,锡在温度达到约 500000 K的爆发中燃烧,产生发出 EUV 光的等离子体。
这样我们就得到了EUV光源。
如何引导EUV光,使其恰好抵达掩膜版,进行光刻呢?答案是“通过镜子反射”。
EUV光刻机需要11个镜面来反射EUV光,使其聚焦在晶圆上。这11个镜子必须非常光滑,不能有任何瑕疵,否则EUV光子就会误入歧途。
能够将镜片打磨的近乎完美的公司只有蔡司。
普通镜片做到德国领土那么大会产生5米的高度差,而蔡司打磨的EUV镜片只有2厘米。
同时蔡司在EUV反射镜的表面涂上交替的硅和钼层,每层只有几纳米厚,可以将EUV光的反射量提升至70%。
如此,就解决了EUV光刻机的光源和透镜的难题。
当然还需要法国的精密轴承、瑞典的精密机床、美国的先进控制软件、日本的特殊复合材料等等。
这些全部备齐后,需要6个月甚至更长时间的安装调试。
此外,EUV光刻机需要在无尘室工作,EUV的光路是真空,这些苛刻的条件有任何一项不满足,都有可能导致芯片报废。
如此苛刻的要求,导致世界上没有任何国家能够单独研发EUV光刻机,哪怕是荷兰的ASML也仅仅是集成商,90%的零部件来自欧美日韩等国家。
我国的EUV光刻机进展如何呢?