《15歲,成為國寶級天才科學家》第319章 順勢起飛(1)

作者:制式希余·1小時前

既然知道需要什麼了,肖宿立馬著手,把之前譜域對消框架裡的圖拉普拉斯譜分解做了擴充套件。

在原來的框架裡,圖上的節點是同一類物理實體,比如超表面上的奈米天線,或者物鏡裡的一片片透鏡。

但在新框架裡,圖的節點可以來自完全不同的物理子系統,光源的雷射器是一個節點,物鏡的鏡片是一個節點,工件臺的驅動電機也是一個節點,它們之間的耦合關係用不同物理量的交叉傳遞函式來描述。

這個異構圖的拉普拉斯矩陣一旦做譜分解,整個光刻系統的全域性最佳化就變成了在模式空間裡找一個聯合極小值。

但是光有最佳化框架還不夠。

即便把三個子系統的協同做到了極致,193奈米浸沒式光刻的物理極限還是在那兒擺著,38奈米的解析度極限不會因為最佳化做得好就自動突破。

要真正實現質的飛躍,必須把工作波長縮短。

EUV是現成的短波長方案,但EUV光源的效率問題一直是死結。

肖宿翻了翻高長安那份材料裡關於EUV光源的章節,又搜了幾篇近兩年發表在光學頂刊上的錫等離子體光源效率分析論文,越看越覺得這條路的方向本身就選得不太對。

錫等離子體產生極紫外光的能量轉化效率只有個位數百分比,大部分泵浦能量全變成了熱,要維持穩定的光輸出就需要龐大的冷卻系統和超高功率的驅動雷射器,整套光源系統複雜到堪比一座小型電站。

他放下手裡的論文,拿起筆在草稿紙上畫了一個新的拓撲。

有沒有可能不依賴錫等離子體,也不依賴傳統的193奈米深紫外雷射器,而是走另一條路呢?

比如,用一個短波長自由電子雷射器陣列做光源,用多個獨立可控的雷射束從不同角度同時照射掩模,再透過一個即時的波前協同控制系統把多束光在晶圓面上合成一個單一的、相位精確對齊的曝光光斑。

這個思路的核心在於把光源輸出高功率短波長光這個傳統難題,轉移到了多束中功率光在目標平面上相干合成這個可控性更強的數學問題上來。

自由電子雷射器可以產生從深紫外到軟X射線波段的高亮度光,單束功率不需要做到像EUV驅動雷射器那麼高,因為最終的高功率是透過多束相干合成來實現的。

而合成效率的關鍵在於每束光的相位控制精度,這恰好是譜域對消框架最擅長做的事。

越想方法越多,肖宿埋頭,在草稿紙上飛快地畫著示意圖。

在掩模的上方是一個環形陣列的自由電子雷射器出射口,每束光經過獨立的光程補償器和波前整形器,再透過一個共同的物鏡系統匯聚到晶圓表面。

光程補償器的控制訊號由一個即時的波前感測器陣列反饋,反饋演算法用的就是擴充套件後的譜域對消框架。

整個系統裡沒有EUV光源那種效率極低的錫等離子體過程,也沒有193奈米浸沒式光刻那種需要反覆曝光、反覆對準的多重曝光流程,將會節省更多的時間,成像質量也會隨之上升。

單次曝光的解析度理論上可以推到接近光源波長的衍射極限,而自由電子雷射器的波長是可以連續調諧的,從深紫外一路調到軟X射線都沒問題。

他把這套新架構從頭到尾推了一遍,從光源陣列的排布拓撲到波前協同控制的核心演算法,再到工件臺的全域性定位誤差補償策略,每一步的數學骨架都寫在了紙上。

推完之後他沒耽擱,隨手把草稿紙上的內容整理歸納,改成了一份正式文件。

《基於自由電子雷射器陣列與全域性協同最佳化的新型光刻系統設計方案》

“現有193n沒式光刻的瑞利解析度極限為R=k1λNA,其中k1≈0.25為工藝因子,NA≤1.35,可得R≈38n極紫外(EUV)光刻雖將波長縮短至13.5n但其錫等離子體光源的能量轉換效率η=PEUV/Plaser≈2%~5%,且多層鉬矽反射鏡的反射率r≤70%,導致有效光功率不足……”

他先在摘要的部分簡要說明了一下現有光刻技術在光源效率和子系統協同兩個維度上的瓶頸,以及新方案如何透過多束相干合成和異構耦合全域性最佳化來繞開這些瓶頸。

正文部分則是按光源陣列設計、波前協同控制、全域性耦合最佳化、工件臺動態補償這四個章節依次展開,每一章都附了相應的數學推導和引數邊界估算。

整份文件不算長,但資訊密度很高。

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