作為晶元製造最關鍵的裝置之一,最先進的極紫外EUV光刻機長期被歐美壟斷,中國消耗了全球60%的晶元產能。 之前大肆炒作的光刻廠是不是好辦法?
光刻廠“只是乙個開拓者”。
根據這三個原理,目前EUV光源有四種可能的實現模式——雷射等離子體、同步輻射、超導加速——高功率自由電子雷射和穩態微束,最近被大家熱議了:清華大學工程物理系提出的穩態微束,即SSMB。
它與ASML EUV光刻機有何不同? ASML的方案叫做“錫滴轟擊法”,其過程簡單如下:先熔化純錫,然後用專用噴嘴噴出,形成每滴錫滴直徑為27微公尺的錫霧,然後用二氧化碳雷射照射錫霧,將每一滴錫滴壓成像靶子一樣的餅狀, 然後立即用另一束雷射照射錫餅,錫餅就會開始發出波長為10 100nm的光,然後用鏡子反射錫餅發出的光。其中13個是用光學手段篩選出來的將5nm的極紫外光投射到晶圓上,並開始光刻。
光刻廠的理論前景比較廣闊
SSMB光源要粗糙得多,它需要乙個直線加速器,讓電子束以接近光速的速度在其中飛行,然後對它施加電磁場,使其轉動和減速,此時電子束會損失一定量的能量,而這種能量會以電磁波的形式傳輸, 而且我們知道光也是電磁波,所以如果你想得到什麼波長的光,你只需要控制電子束的能量。
因此,光刻廠的解決方案最吸引人的地方是,它可以獲得高功率、高重複頻率和窄頻寬的相干輻射,更不用說13的波長了5nm極紫外光,5nm波長軟X射線不成問題,功率可達4000W。
相比之下,ASML的EUV光刻機採用的是錫滴轟擊法,功率只有幾百瓦。 而且,這種SSMB-EUV可以做成乙個大環,上面有許多EUV光源光束線,同時啟動幾台光刻機,整個光刻廠的所有裝置都是圍繞這個光源設計的。
該技術尚待驗證,需要多路線演進。
但是,原則上SSMB是最有潛力的方案,但仍有許多技術難點尚未克服,例如環形光刻裝置的電子束反覆繞圈執行,而目前的SSMB器件仍在直線加速,電子束是單程的, 這就對穩定性提出了極高的要求,而目前的實驗驗證只證明跑一圈後就可以穩定下來,更多的圈數和更長的時間還沒有被證明,要知道光刻所需的光源的穩定性是以年為單位來衡量的。所以,在這個問題得到解決之前,現在說彎道超車還為時過早。
事實上,在其他幾條極紫外技術路線上,我們也在不斷嘗試進化,考慮到國產DUV已經發展起來,再加上中國在雷射領域的雄厚實力,打造EUV只是時間問題。
目前最接近實用的是與ASML相同的雷射等離子方案,該方案於2024年完成原理驗證,並於今年4月獲得“2024年度吉林省科學技術獎提名專案”多項獎項。
提高雷射光源的強度是提高EUV光源功率的關鍵
同時,根據公開資料,如果要在3nm工藝中使用,EUV光源功率應達到500W水平,而1nm工藝應達到EUV光源功率的1000W水平,因此我國研究人員使用了多台高功率光纖雷射器進行替代,理論上可以通過多光束同時瞄準獲得1000W EUV光源功率, 本研究也是廣東省基礎與應用基礎研究的重大專案之一。
整體來看,雖然目前我國在EUV領域輸在起跑線上,但目前,隨著多渠道飽和研發,第一代EUV已經取得了重大進展,未來兩年應該能夠看到商業落地,以及其他技術路線,比如光刻廠, 中國也取得了重大進展或已開始建設,未來值得期待。