EUV 光刻是以波長為 10-14nm 的極紫外光作為光源的芯片光刻技術(shù)，簡單來說，就是以極紫外光作“刀”，對芯片上的晶圓進行雕刻，讓芯片上的電路變成人們想要的圖案。如今，世界上最先進的 EUV 光刻機可以做到的“雕刻精度”在 7nm 以下，比一根頭發(fā)的萬分之一還要細(xì)。華為自主研發(fā)設(shè)計的麒麟 990 芯片，采用的就是 7nm Plus EUV 工藝。該技術(shù)的核心之一正是激光脈沖，通快公司是目前全球唯一一家能夠供應(yīng) EUV 光刻用激光放大器的廠商。

圖1：半導(dǎo)體光刻機的核心是通快激光放大器

提到極紫外光刻（EUV），人們傾向于把注意力集中在芯片工藝和光刻設(shè)備，但是他們往往會忽略另一個重要的方面：光從哪兒來？

EUV 光刻技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了 20 多年，直到幾年前這種技術(shù)是否能夠進入工業(yè)化芯片生產(chǎn)還是一個開放性的問題。在研究過程中，人們發(fā)現(xiàn)所有懸而未決的技術(shù)挑戰(zhàn)中極紫外光是最大的難題。

圖2：光從哪兒來

讓我們看一下 EUV 光刻整個過程的示意圖（圖1）：

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第一步：

CO2 激光脈沖被放大到非常高的功率，輸出超過 30kW 平均脈沖功率的激光數(shù)，其脈沖峰值功率可高達(dá)幾兆瓦；

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第二、三步：

不斷滴下的錫珠被激光束擊中成為一個發(fā)光的等離子體，發(fā)射出波長為 13.5 nm 的 EUV 光；

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第四、五步：

極紫外光聚焦后，通過反射透鏡首先傳輸?shù)焦饪萄谀Ｉ?，然后照射到晶圓基片上。

對于每一個步驟，都需要非常復(fù)雜的技術(shù)，接下來讓我們聚焦激光脈沖是如何產(chǎn)生以及如何放大的（第1-3步）的？

首先，我們需要產(chǎn)生短脈沖激光光束作為種子光，然后讓它經(jīng)過多級放大。實際上會有兩個脈沖——預(yù)脈沖和主脈沖。預(yù)脈沖首先擊中錫珠，使它變成正確的形狀；然后主脈沖將壓扁的錫珠轉(zhuǎn)化為等離子體，從而發(fā)射出珍貴的 EUV 光。

這里的難點在于放大階段會不斷增加它的功率，但必須確保兩個光束在錫珠上有正確的光學(xué)性能，尤其是正確的聚焦。每束脈沖激光都由非常微小的、緊湊的光粒子組成，緊緊地拋向錫珠。為了正確地?fù)糁兴鼈兊哪繕?biāo)，它們必須在正確的瞬間到達(dá)，不能過早或過晚；否則，沖擊力將無法壓平錫珠。在最壞的情況下，第二道激光脈沖射出的子彈沒有擊中目標(biāo)，EUV 就會失敗。

以上過程每秒鐘進行五萬次。

為了讓激光束以極大的功率穩(wěn)定傳輸，系統(tǒng)的復(fù)雜性可想而知。

事實上，EUV 激光系統(tǒng)由大約 45 萬個零件組成，重約 17 噸。為了確保這些零件正確組裝，僅檢查標(biāo)準(zhǔn)就多達(dá) 1000 多條，這還不包括模塊和子模塊額外的預(yù)檢標(biāo)準(zhǔn)。

從種子光發(fā)生器到錫珠有 500 多米的光路，這對所有零部件都提出了非?？量痰囊?，尤其是系統(tǒng)中包含的 400 多個光學(xué)元器件。

圖3：EUV 激光系統(tǒng)由大約 45 萬個零件組成，重約 17 噸，線纜長度超過 7000 米

作為該系統(tǒng)的光源，該激光器產(chǎn)生的等離子體溫度為 22 萬℃，比太陽表面的溫度高 30 至 40 倍。

圖4：CO2 激光器中的受激混合氣體發(fā)出獨特的紅光——這就是 EUV 光最初的來源

絕不是靠運氣！

EUV 需要很長時間才能達(dá)到市場成熟度。事實上，EUV 光刻技術(shù)開發(fā)者所面臨的問題是如此的多樣和新穎，以至于沒有合作伙伴。單靠一家公司的力量是無法解決的，掌握這一高度復(fù)雜的技術(shù)并將其付諸實施，需要一個由具有不同專業(yè)技能的研究人員和開發(fā)人員組成的完整網(wǎng)絡(luò)。

通快（TRUMPF）已經(jīng)在 EUV 光刻激光發(fā)生系統(tǒng)上投入了超過 15 年。2005年與美國 Cymer 公司開始合作，并在 2013 年 ASML 收購 Cymer 公司后繼續(xù)合作。在這段時間里，通快為此專門成立了一個獨立的子公司——通快半導(dǎo)體制造激光系統(tǒng)公司（TRUMPF Lasersystems for Semiconductor Manufacturing），該子公司擁有超過 500 名員工，專門負(fù)責(zé)開發(fā)和生產(chǎn) EUV 激光器。

這種持久的關(guān)系是今天 EUV 光刻機實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵。

憑借通快在 EUV 極紫外光刻方面的突出貢獻，榮獲了 2020 年德國科學(xué)成就領(lǐng)域最高榮譽——德國未來獎，該獎項旨在表彰在技術(shù)、工程和生命科學(xué)領(lǐng)域取得的特殊成就。2020 年 11 月 25 日，德意志聯(lián)邦總統(tǒng)弗蘭克-瓦爾特-施泰因邁爾在柏林維爾蒂音樂廳向通快頒發(fā)了該獎項。

圖5： 通快參與研發(fā)的 EUV 光刻技術(shù)榮獲 2020 德國未來獎