激光引導(dǎo)著我們進(jìn)入一個(gè)更加智能的未來。沒有激光，電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將會(huì)停滯。“小”的極限什么時(shí)候才能真正意義上達(dá)到?如果我們定義的“小”在一個(gè)非常小的尺寸內(nèi)，那么還會(huì)有比“小”更小的東西出現(xiàn)嗎?如今，智能手機(jī)是一個(gè)永無止境的信息源，我們可以用它們來實(shí)時(shí)地比較價(jià)格，與朋友聯(lián)絡(luò)，了解不熟悉的領(lǐng)域，也可以用它代替數(shù)碼相機(jī)來方便地拍照。
未來的智能手機(jī)會(huì)是什么樣子的呢?它可能在你的手腕上，可能在你的鼻梁上，可能在你的耳朵里，甚至可能在你的視網(wǎng)膜上。它將在任何情況下與你的身體緊密連接起來，甚至成為你身體的一部分，你可以通過手勢(shì)和語音對(duì)它進(jìn)行控制。這聽起來似乎有點(diǎn)像科幻小說，但這卻已逐漸成為現(xiàn)實(shí)。
智能手機(jī)的核心芯片必須要變得更加強(qiáng)大。要真正實(shí)現(xiàn)對(duì)未來的這個(gè)愿景，其實(shí)并不遙遠(yuǎn)。對(duì)于市場(chǎng)，智能手機(jī)的核心芯片必須要變得更加強(qiáng)大。只有將電路做得更小，才有可能實(shí)現(xiàn)這個(gè)愿景。高登摩爾的預(yù)測(cè)經(jīng)常引用這個(gè)內(nèi)容。
高登摩爾是英特爾的創(chuàng)始人之一，也是全球領(lǐng)先半導(dǎo)體研究的先驅(qū)。早在1965年，他就意識(shí)到固定表面區(qū)域上的晶體管數(shù)量將每18個(gè)月翻倍一次。這一預(yù)測(cè)被稱為摩爾定律，推動(dòng)著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。它正在發(fā)動(dòng)一場(chǎng)戰(zhàn)役，在每平方納米的芯片上耗資數(shù)十億美元。但是，為了在芯片的半導(dǎo)體上封裝更多的晶體管，簡單來說，我們需要的是：更多的光!
一百億個(gè)晶體管在一個(gè)芯片上一個(gè)微芯片在光刻機(jī)的光中誕生了。在那里，電路的微型圖像被投射到硅晶片上，露出光刻膠層。阿貝分辨率限制意味著一個(gè)光源不能復(fù)制比自己波長小的任何結(jié)構(gòu)。但是，這并不意味著這個(gè)極限是不可逾越的。
目前，光刻裝置的工作波長為193納米，但卻能產(chǎn)生22納米大小的結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出阿貝分辨率的極限，我們通過各種方法將這個(gè)工藝得以實(shí)現(xiàn)。一個(gè)微芯片在光刻機(jī)的光中誕生然而，隨著光源的使用，我們將緩慢但卻必然地接近技術(shù)可行性的極限。20年前，為了在各種級(jí)別的微芯片上雕刻細(xì)微結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體行業(yè)的EUV光刻技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
該項(xiàng)目的目的是為13.5納米的極端紫外線(EUV)開發(fā)一個(gè)穩(wěn)定光源。在這項(xiàng)技術(shù)的幫助下，它將有可能生產(chǎn)出小于10納米大小的結(jié)構(gòu)。反言之，這意味著超過一百億個(gè)晶體管可以裝在一個(gè)微芯片上。
光在真空中閃爍
但是，這一切并非都那么容易。EUV光刻技術(shù)面臨的大挑戰(zhàn)是它需要產(chǎn)生13.5納米波長的光。EUV光源必須要達(dá)到數(shù)百瓦的功率才可以在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行進(jìn)一步加工。等離子源被證明是迄今為止的解決方案。
等離子體由聚焦高強(qiáng)度的激光輻射或高能放電產(chǎn)生，采用錫和氙作為輸入材料。激光產(chǎn)生的等離子體(LLP)已經(jīng)創(chuàng)造了一個(gè)先例。這個(gè)過程背后的想法起初聽起來相當(dāng)簡單。錫滴發(fā)生器使錫滴以50千赫的頻率進(jìn)入真空室，隨著這些滴液迅速通過，激光脈沖會(huì)沖擊它們。
因此，激光每秒鐘能打50000個(gè)錫滴。錫原子被離子化，并創(chuàng)建了高強(qiáng)度的等離子體。收集器采用多反射結(jié)構(gòu)，捕獲由等離子體發(fā)射的EUV光，將它們聚焦并最終轉(zhuǎn)移到光刻系統(tǒng)，曝光基板。
用于此應(yīng)用的激光脈沖由脈沖型二氧化碳激光系統(tǒng)——通快激光放大器傳送。該系統(tǒng)基于連續(xù)波的二氧化碳激光器技術(shù)，并能在超過萬瓦的功率下工作。在五個(gè)放大器中，可以將一個(gè)只有幾瓦平均功率的二氧化碳激光脈沖提高10000多倍，將平均脈沖功率提高30多千瓦。然而，脈沖峰值功率可以只達(dá)到幾個(gè)兆瓦。
為了達(dá)到園滿的效果，激光脈沖必須在盡可能寬廣的區(qū)域中來打錫滴。錫滴直徑僅20微米，比激光的聚焦光斑小。因此，激光不能完整地將30千瓦的功率轉(zhuǎn)移到錫滴。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，激光放大器采用了一種巧妙的方式。
