激光引导着我们进入一个更加智能(néng)的未来。没有(yǒu)激光，電(diàn)子产业的发展将会停滞。“小(xiǎo)”的极限什么时候才能(néng)真正意义上达到?如果我们定义的“小(xiǎo)”在一个非常小(xiǎo)的尺寸内，那么还会有(yǒu)比“小(xiǎo)”更小(xiǎo)的东西出现吗?如今，智能(néng)手机是一个永无止境的信息源，我们可(kě)以用(yòng)它们来实时地比较价格，与朋友联络，了解不熟悉的领域，也可(kě)以用(yòng)它代替数码相机来方便地拍照。
未来的智能(néng)手机会是什么样子的呢(ne)?它可(kě)能(néng)在你的手腕上，可(kě)能(néng)在你的鼻梁上，可(kě)能(néng)在你的耳朵里，甚至可(kě)能(néng)在你的视网膜上。它将在任何情况下与你的身體(tǐ)紧密连接起来，甚至成為(wèi)你身體(tǐ)的一部分(fēn)，你可(kě)以通过手势和语音对它进行控制。这听起来似乎有(yǒu)点像科(kē)幻小(xiǎo)说，但这却已逐渐成為(wèi)现实。
智能(néng)手机的核心芯片必须要变得更加强大。要真正实现对未来的这个愿景，其实并不遥遠(yuǎn)。对于市场，智能(néng)手机的核心芯片必须要变得更加强大。只有(yǒu)将電(diàn)路做得更小(xiǎo)，才有(yǒu)可(kě)能(néng)实现这个愿景。高登摩尔的预测经常引用(yòng)这个内容。
高登摩尔是英特尔的创始人之一，也是全球领先半导體(tǐ)研究的先驱。早在1965年，他(tā)就意识到固定表面區(qū)域上的晶體(tǐ)管数量将每18个月翻倍一次。这一预测被称為(wèi)摩尔定律，推动着产业的发展。它正在发动一场战役，在每平方纳米的芯片上耗资数十亿美元。但是，為(wèi)了在芯片的半导體(tǐ)上封装更多(duō)的晶體(tǐ)管，简单来说，我们需要的是：更多(duō)的光!
一百亿个晶體(tǐ)管在一个芯片上一个微芯片在光刻机的光中诞生了。在那里，電(diàn)路的微型图像被投射到硅晶片上，露出光刻胶层。阿贝分(fēn)辨率限制意味着一个光源不能(néng)复制比自己波長(cháng)小(xiǎo)的任何结构。但是，这并不意味着这个极限是不可(kě)逾越的。
目前，光刻装置的工作波長(cháng)為(wèi)193纳米，但却能(néng)产生22纳米大小(xiǎo)的结构，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出阿贝分(fēn)辨率的极限，我们通过各种方法将这个工艺得以实现。一个微芯片在光刻机的光中诞生然而，随着光源的使用(yòng)，我们将缓慢但却必然地接近技术可(kě)行性的极限。20年前，為(wèi)了在各种级别的微芯片上雕刻细微结构，半导體(tǐ)行业的EUV光刻技术应运而生。
该项目的目的是為(wèi)13.5纳米的极端紫外線(xiàn)(EUV)开发一个稳定光源。在这项技术的帮助下，它将有(yǒu)可(kě)能(néng)生产出小(xiǎo)于10纳米大小(xiǎo)的结构。反言之，这意味着超过一百亿个晶體(tǐ)管可(kě)以装在一个微芯片上。
光在真空中闪烁
但是，这一切并非都那么容易。EUV光刻技术面临的大挑战是它需要产生13.5纳米波長(cháng)的光。EUV光源必须要达到数百瓦的功率才可(kě)以在光學(xué)系统内进行进一步加工。等离子源被证明是迄今為(wèi)止的解决方案。
等离子體(tǐ)由聚焦高强度的激光辐射或高能(néng)放電(diàn)产生，采用(yòng)锡和氙作為(wèi)输入材料。激光产生的等离子體(tǐ)(LLP)已经创造了一个先例。这个过程背后的想法起初听起来相当简单。锡滴发生器使锡滴以50千赫的频率进入真空室，随着这些滴液迅速通过，激光脉冲会冲击它们。
因此，激光每秒(miǎo)钟能(néng)打50000个锡滴。锡原子被离子化，并创建了高强度的等离子體(tǐ)。收集器采用(yòng)多(duō)反射结构，捕获由等离子體(tǐ)发射的EUV光，将它们聚焦并最终转移到光刻系统，曝光基板。
用(yòng)于此应用(yòng)的激光脉冲由脉冲型二氧化碳激光系统——通快激光放大器传送。该系统基于连续波的二氧化碳激光器技术，并能(néng)在超过万瓦的功率下工作。在五个放大器中，可(kě)以将一个只有(yǒu)几瓦平均功率的二氧化碳激光脉冲提高10000多(duō)倍，将平均脉冲功率提高30多(duō)千瓦。然而，脉冲峰值功率可(kě)以只达到几个兆瓦。
為(wèi)了达到园满的效果，激光脉冲必须在尽可(kě)能(néng)宽广的區(qū)域中来打锡滴。锡滴直径仅20微米，比激光的聚焦光斑小(xiǎo)。因此，激光不能(néng)完整地将30千瓦的功率转移到锡滴。為(wèi)了实现这一目标，激光放大器采用(yòng)了一种巧妙的方式。
