制作各位读者天然就能想到光刻机，没错，作为人类商业化机器的工程奇观，光刻机天然是量产高性能芯片的必要设备。特别是跟着这几年中美贸易战的加重，光刻机这种大部分或许终身都不会见到的机器一会儿成了家喻户晓的存在，那么光刻机是怎么作业的呢？它是怎么在方寸之间的芯片上雕琢出上百亿的晶体管的呢？本篇文章就侧重给咱们介绍一下现在最先进，也是我国被“卡脖子”的
众所周知，已然要“雕琢”，那影响雕琢精细程度的要素除了匠人的技艺，最重要的便是刀刃的巨细了，而光刻机这种以光为刀的设备，其开展方向便是寻求更极致的“刀刃”的巨细。那么，关于光来说，刀刃的巨细，天然便是光的波长。
从第一代和第二代光刻机，其运用光源分别为436nm的g-line 和365nm的i-line；到第三代扫描投影式光刻机，运用的248nm的KrF激光，光刻机完结了跨越式开展，将最小“雕琢精度”推动至180-130nm；而到了今日，人类现已开始运用波长为10-14nm的极紫外光，其“雕琢精度”也来到了5nm、乃至是3nm，而光刻机也就因其极端杂乱的工程完结，成了现在为止，人类最精细的商业化机器。
（Ps：现在的5nm、3nm之类工艺称号，更多的是厂家宣扬，现已没有实践的物理含义，实践的精度仍是会比5nm、3nm要粗糙不少）
已然是运用极紫外光的光刻机第一步天然是怎么生成极紫外光线了，现在有四种方法能够取得极紫外光，分别是：同步辐射光源、自由电子激光、放电生成等离子体和激光发生等离子体。
首要，介绍一下同步辐射光源：要是想发生同步辐射光源，咱们需求一台粒子加快器，当电子在加快器的圆环之中加快到挨近光速的进程中，它就会不断地向切线方向辐射光线，这便是所谓的“同步辐射”。这种光源能量转化率高，包括简直一切频谱的光线，从可见光、红外线、紫外线和极紫外线包罗万象，只需将其他光线过滤掉，就能取得极紫外光线。这东西能不能用来做光刻机呢？答案肯定是不可，这东西设备巨大，造价贵重，并且其主要是用于愈加重要的基础科学的研讨，明显不适宜用于光刻机。
其次，咱们来看一下自由电子激光：它的原理也很简略，便是让电子在磁场之中震动，发生同步辐射，而辐射出波长和磁场震动周期与电子运动速度有关，因而，咱们操控磁场和电子运动速度就能取得想要的波长，也便是极紫外线。不过和同步辐射光源相同，自由电子激光也需求适当长的磁场轨迹加快，并且相同贵重，在上海建造的硬X射线自由电子激光设备，整整耗资100亿人民币，这是商业化光刻机不能接受的本钱。
可是，这种光源尽管现在还不适宜，可是有望在未来成为下一代光刻机光源，上海光机所也在积极探索一种名为激光尾波场加快的技能，能够将自由电子激光加快轨迹缩短到几米，有爱好的读者能够去自行查找了解一下。
之后，第三种方法，放电生成等离子体就很简略粗犷，便是直接将氙、锡等资料放入电极之中电离，这些资料在变为等离子体的时分就会放出极紫外线，这之中氙是最理想的资料，由于它是气体，不会污染电极，可是氙有一个丧命的缺陷，便是极紫外线%，很多能量会变成其他波长的光线辐射出来。而锡就没有这个问题，其在电离中的辐射光的峰值就出现在极紫外波段，转化率能够进步的2%，可是这又引来了另一个问题，锡是固体，在电离进程中飞溅的碎片会污染设备，这要怎么处理呢？这便是现在仅有商业化的处理计划，激光发生等离子体。
终究，咱们来介绍一下第四种，也是仅有老练的极紫外光发生方法，激光发生等离子体。简略来说便是用高能量的激光炮击细小的锡液滴（30微米左右），使其瞬间等离子体化，一起放出极紫外线。现在ASMLEUV光刻机运用的是二氧化碳激光器来作为激光光源，其作业原理如下：锡液发生器将锡加热消融，使锡液滴落入真空室，这时，激光发生器会先宣布一道能量稍弱的激光击中锡液滴，这发激光的意图是将锡液滴摊平，就像咱们烙饼相同，这样有助于锡液滴受热均匀保证彻底蒸腾，第二道强激光会接二连三（这种打两道激光的方法，即ASML的预脉冲技能），使得“锡饼”瞬间加热等离子化，一起放出极紫外光，真空室内的搜集镜捕获等离子体向一切方向宣布的极紫外辐射，会聚构成光源，极紫外光会被传递至光刻体系以曝光晶片。
这一进程听上去如同很“简略”，可是实践上困难重重，由于激光的效果时刻十分短，只要五万分之一秒，为了使锡液滴在这么短的时刻内准确得被激光击中两次，液滴的飞翔速度要到达150m/s，这适当于一列复兴号高铁的速度。幻想一下，激光要击中一个直径只要30微米，以高铁速度飞翔的液滴两次，而这一切的发生时刻只是只要五万分之一秒，其关于精度的操控难度可想而知。因而，ASML所出产的EUV光刻机有海量的检测体系，来保证肯定的准确。
现在还有一个问题，便是锡液滴被击中时，难免会爆裂开发生碎片，这些碎片累积起来，很简略让高精度的反射镜作废，怎么下降锡碎片的影响呢？这便是ASML所选用的碎片缓冲技能：在反射镜外表充入低压的氢气，一方面氢气能够协助散热，而另一方面氢气会和飞溅而来的锡碎片反响，生成烷锡，这是一种气体，很简略就会被抽气机抽出真空室。就这样，很多工程师费尽心机，能够说是穷尽了现在人类开展效果，总算处理了极紫外光源的问题
现在还有终究一个扎手的问题，便是怎么传递极紫外光呢？咱们知道，光源需求透过镜片的层层折射才干终究完美成像，离咱们日子中最近的比如便是相机的镜头，各种光学玻璃的叠加才干再完美成像，光刻机更是如此。可是极紫外的穿透性极差，有多差呢？它连空气都穿透不过，为了服侍极紫外光，需求将整个光刻体系都放在真空之中。
工程师们给出的计划便是，爽性别透过镜片折射了，整套光学成像换成反射式，可是作业远没有这么简略，极紫外光的反射才能也很弱，并且从锡液滴中发生的可不止极紫外光，还有其他的X光、红外线等等杂光，很简略折腾一圈终究发现反射了一堆不需求的光线。那怎么处理呢？只能从极紫外波长10-14nm上想想方法了。
工程师们运用对这个波段反射功率很高的钼和硅制成一种双面反射镜，并堆叠上50层，已然极紫外光一次反射才能很弱，那就多反射几回，由于不同层之间反射的极紫外光会彼此干与，咱们准确操控每一层玻璃的厚度，就会让极紫外光发生相长干与，层层强化反射强度。
为了让每层之间的反射满足准确，每层反射玻璃有必要做到原子等级的平坦，到底有多平坦呢？其平坦程度适当于把整个我国的疆土，打磨成差错不超越4mm的平面，恐怕平坦程度能比过这种反射镜片的东西，也只要科幻小说里，三体人的“水滴”了。
现在通过工程师的尽力，ASML所运用的光学玻璃，现已能够让极紫外光的发射功率到达70%。终究极紫外光透过反射式光掩模，终究在晶圆上完结光刻。
如此困难所获取的极紫外光，将在方寸之间雕琢出宛如巨大都市的上百亿密布晶体管阵列，终究封装成为一个个算力中心，支撑咱们这个年代开展。小到各位手中智能手机的每一次滑动，大到巨型数据中心，计算出天地万物的运转规则。
以上便是现在咱们人类所能出产出的最杂乱的商业化机器EUV光刻机的简略作业流程，也是我国想用举国之力应战的、整个西方世界的工程巅峰。面临这个需求简直各个领域都要做到工程极限的奇观设备，咱们能不能像之前攻破、盾构机那样打破，笔者也不得而之。可是，我想引证英国爬山家乔治·马洛里的话来完毕这篇文章：“为何想要攀爬珠穆朗玛峰？——由于山就在那里！”
