造一台光刻机竟要挑战极限?之光学难题之二 ——精确成像
时间:2024-07-31 阅读:178
光学设计难题二:精确成像
在现实中,除了要尽力追求衍射的极限,还要严格控制像差。
像差可以理解为理想的成像与实际成像的差距。控制像差一般需要很多透镜共同作用,例如一个单反镜头有五到七枚透镜共同成像。那光刻机需要多少枚镜头呢,答案是29枚。
近60个光学表面,直径达到80厘米,500kg的重量,组成了DUV光刻机的投影物镜。并且每一枚镜头的平整度非常高,如果将镜头放大到中国东西距离那么大的直径,加工产生的高低起伏误差比乒乓球直径还要小。所有的镜头都只是为了尽可能地成像,将掩模版精确地复刻在芯片上。
DUV光刻机投影物镜(图片来源:光学系统Layout)
DUV光刻机(图片来源:ASML)
EUV光刻机难度更高了。极紫外线又称为软x射线,听名字就知道,它的穿透性也很强,因此DUV所用的透射式系统无法使它偏折。对于这么难搞的光源,我们只能使用全反射的投影系统。此外波长越短的光,越容易被吸收。几乎任何物质对于EUV都是强吸收,甚至空气都能吸收它的能量,因而整个光刻间都要处于真空状态,以尽量减少光能的损耗。
EUV全反射投影系统(图片来源:ASML)
EUV所需要用到的镜子是具有精度的钼/硅反射镜。反射镜需要多精准呢?
首先它不仅需要提高对EUV的反射,还能吸收杂光。因此它上面镀了四十层膜,主要是钼和硅的交替纳米层制作的。其次是平整度,它的表面需要几乎的光滑与干净,每个原子都要在正确的位置,比DUV更离谱,如果将反射镜放大到地球这么大,那它上面只能有一根头发丝直径的小凸起。别忘了这还是镀数十层膜后的光滑度,意味着每一层膜都要更加平整。这可能是宇宙中最光滑的人造结构了。
即使是这样的镀膜水平,每个镜片依然会对EUV有30%的吸收率,而整个反射系统需要十一枚反射镜,因此真正用于光刻芯片的光强只剩下2%。
这只是光学设计部分,还有大量挑战极限的事情。
以上文章节选来源于科学大院 ,作者王智豪
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