为什么让光源跑5000米就能挑出来想要的纳米级光线?

自动采集6个月前发布 NiuC.Org
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海底两万里的回答

是这样。

原理1:

电子束,也就是一团电子,在空中飞行的路线是直线。如果旁边有磁场,电子束飞行的路线就被被磁场弯曲。如果你把磁铁摆成一圈,你就能让电子束绕圈飞行。这个东西叫同步加速器。

它长这个样子:

为什么让光源跑5000米就能挑出来想要的纳米级光线?
北京怀柔的同步加速器

原理2:

当电子束顺着直线自由自在地飞行的时候,它谁都不惹。当它受到外力拐弯的时候,电子束就会向外发射电磁波。可见光,红外光,紫外光,X射线等等,都是电磁波的一种。

别问我为啥会发光,说了你也不懂。更何况我也不懂。总之你知道电子束被磁铁弄的拐弯的时候,它就会对外发射光线。

当你调节电子束的各种参数,例如电子团的间距啊,电子束弯曲的角度啊,电子束的能量啊,等等,科学家就有办法控制电子束发出的光,让它发什么光,它就发什么光。

为什么让光源跑5000米就能挑出来想要的纳米级光线?

这张图显示了让电子束绕圈跑的时候,科学家可以让电子束发出各种波长的光。波长从几百纳米一直到零点几纳米。

本来人家同步加速器让电子束发的光有别的用处。例如用这种光照射蛋白质晶体,可以更好地给晶体照个像,分析一下结构啥的。不是啥赚钱的生意。谁都知道干高能物理的都苦逼的要死。平时偶尔帮别人照个相、分析个结构啥的,晚餐加个鸡腿就到顶了。直到光刻机卡脖子这事儿出来。

光刻机原理就不多说了。大致相当于用光束在硅圆片上画画。芯片比的是谁画得更细,越细越好。7纳米的就比14纳米的好。想画得细你的光束就得更细。波长越短,光束可以做到越细。例如,画28纳米的画,你用的光束就得比130纳米,90纳米的更细。

到了7纳米的时候,必须要用波长为13.5纳米的光束来画了。13.5纳米的光被称为极紫外光,也就是EUV。极紫外光已经不能用任何一种灯泡直接发出了,超出人类的能力。

咋办呢?

荷兰的ASML光刻机为了弄到13.5纳米的极紫外光,不得不绞尽脑汁琢磨出非常奇葩的方法。

为什么让光源跑5000米就能挑出来想要的纳米级光线?

漂亮的紫色部分就是极紫外光光源部分。当然这张照片是展览用的,告诉你光源在哪个位置。真正的机器是这样的:

为什么让光源跑5000米就能挑出来想要的纳米级光线?

这么一大坨东西,3亿美元,还得排队。不知道得多少亿件衬衫才能换回来。而且人家还不卖不卖不卖。

ASML的极紫外光是这么来的:

  1. 先把纯锡熔化。

2. 将熔化的纯锡用一个特制的喷嘴喷出来,形成锡雾。锡雾里面每个锡滴直径要控制在27微米。

3. 用一束激光照射锡雾里面的锡滴,要刚好把每个锡滴“压”成一块饼的形状。

4. 赶紧用另一束照射上述的锡饼。这时锡饼就会开始发光。它发的光波长从10纳米到100纳米。

5. 用一个反射镜把锡饼发射的光发射出去。再通过一系列的透镜和反射镜,从光束里筛选出13.5纳米的极紫外光。

6. 用一系列透镜和反射镜将筛选出的13.5纳米的漂亮的紫外线投射到硅片(晶圆)上,开始画画。

为什么让光源跑5000米就能挑出来想要的纳米级光线?

可以想象,上述6步需要多少黑科技。例如,熔化的锡滴要是沾在反射镜上面,反射镜不是完蛋?太对了。所以工程师机智地在反射镜那里又安装了一圈喷嘴,不停地喷纯氢气,把乱飞的锡滴吹走。就这样,一个反射镜用了半年还得换。

整个光源部分,单是镜头就有8层,基本只有蔡司才能做得出来。这些光学镜头人家蔡司肯定不卖给你。这些黑科技都需要我们一个一个攻克,因为大部分黑科技都对华禁运,买不着。想想这个工作量得有多大?

燃鹅,十几年前有几位高能物理科学家提出来: “你们干半导体的折腾半天不就是要13.5纳米的极紫外光嘛。这种光线在我们粒子加速器这里随便用啊,量大管饱。而且我们这儿的极紫外光很纯净,光源发射出来就只有这个波长的,没有哪些乱七八糟的50纳米、100纳米的妖艳贱货。。。”

半导体工程师皱眉回答到:“不行啊兄弟,我知道你们经常揭不开锅,可是你们的加速器最小也得占两个足球场那么大。一套就得30亿-50亿人民币。俺们不能装进集装箱发给客户。就算能发给客户人家也不愿意出这个钱,谁都不富裕啊。”

于是这事儿就黄了。直到东方某大国被制裁。

某国发现光刻机成了腊子口天险。今天你不突破腊子口,你就得死在这里。那就干呗。50个亿不是问题,几个足球场不是问题。既然我的光源不能送到半导体厂里,那就叫你们半导体厂搬过来呗。对于我们集中力量办大事的能力,这都不叫事儿。

于是,就发明了新模式:

为什么让光源跑5000米就能挑出来想要的纳米级光线?

我先建造一个大型稳态微聚束同步加速器,叫SSMB。同步加速器绕着一圈留好坑位。你们半导体厂把生产线搬过来,一家留一个坑位。多余的坑位投标哈,价高者得,都别想占国家的便宜。

打个比方:

好比家里有个人,他非得吃国宴级别的佛跳墙才能活下来。那咋整?只好每家请一个国宴厨师,把家里的厨房改造成专门做佛跳墙的。炉子、锅、碗、瓢、盆啥都要改造,还得小心伺候。负责改造厨房的包工头还特牛,你不是他的亲戚和小弟,他还不给你改造,让你家永远吃不上佛跳墙。

直到有一天一个聪明人说,你们费那劲干嘛啊?咱们钓鱼台国宾馆不是有食堂嘛。咱们弄个小食堂专门做佛跳墙。谁家想吃,自己带碗筷桌椅板凳过来排队,管够。

SSMB-EUV光源质量远远超过单台机器上的锡滴激发的极紫外光。围绕加速器的半导体生产线数量多的话,成本很容易摊销下来。而且SSMB不但可以提供高质量的13.5纳米光束,还可以随时提供7纳米、5纳米光束,成本不会增加多少。这将大大降低下一道刻蚀工艺的成本。在未来,也许应用SSMB-EUV光源的生产线成本只有用ASML光刻机的几分之一。

ASML以及使用它的光刻机的生产线们,都可以死了。

(不知道为啥好多评论被系统删除了,不是我干的。)

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