太空也能建晶圓廠？美國成功試驗宇宙EUV光刻技術(shù)

2020年5月31日，美國太空計劃創(chuàng)造了歷史，SpaceX DM-2龍飛船（Crew Dragon）上的NASA宇航員羅伯特·本肯（RobertBehnken）和格拉斯·赫利（Douglas Hurley）抵達國際空間站（ISS），這是商業(yè)航天器首次將宇航員運送到國際空間站。

國際空間站是企業(yè)、政府和大學(xué)的研究實驗室。一段時間以來，國際空間站的宇航員已在該實驗室為各個組織進行了大量創(chuàng)新實驗。

例如，最近在國際空間站上進行了世界上第一個基于的EUV光刻實驗，可能為太空高級芯片的制造奠定基礎(chǔ)。

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2019年11月2日，諾斯羅普·格魯曼公司的天鵝座（Cygnus）飛船從弗吉尼亞州的瓦羅普斯飛行研究所 (Wallops FlightFacility)發(fā)射升空。航天器攜帶來自Astrileux（一家為制造7nm以下集成電路提供光學(xué)技術(shù)的公司）的有效載荷進入國際空間站。有效載荷是由太空科學(xué)發(fā)展中心（CASIS）和納米機架合作進行的此外，該航天器還載有20多種其他有效載荷。

去年11月，國際空間站的宇航員利用來自Astrileux的有效載荷，在國際空間站的外部平臺上進行了光刻實驗。實驗圍繞Astrileux的新EUV光學(xué)鍍膜技術(shù)進行，目的是確定是否有可能使用Astrileux的EUV涂層捕獲太陽EUV輻射。這些材料構(gòu)成了波長為13.5nm的EUV光刻工具的光學(xué)器件和反射鏡的基礎(chǔ)。

實驗證明，能用Astrileux的EUV涂層捕獲太陽EUV輻射。有朝一日，來自Astrileux的材料能夠成為一類新型的太空儀器。它還為未來基于EUV的空間光刻技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，該技術(shù)使用太陽輻射的能量作為光源。

國際空間站最初于2000年投入使用，它是一個模塊化的太空實驗室，是美國、俄羅斯、日本、歐洲和加拿大的航空航天機構(gòu)之間的合作。在國際空間站上，宇航員進行天文學(xué)、宇宙學(xué)、氣象學(xué)和物理學(xué)方面的科學(xué)實驗。

制作芯片和組件是太空中另一個有趣的話題。“實現(xiàn)人類在天空中長期生存這個目標，需要建造一個電子制造的生態(tài)系統(tǒng)，以便為國際空間站上的本地化，自我維持社區(qū)提供支持，”Astrileux首席執(zhí)行官SupriyaJaiswal說?！肮ぷ髦械挠詈絾T能夠根據(jù)需要快速對電子產(chǎn)品進行原型制作，從而在國際空間站上創(chuàng)造新的功能，包括增強計算能力和建造新的智能設(shè)備的能力，以及快速修復(fù)可能發(fā)生在高風險操作中的陳舊或被毀壞的電子設(shè)備?！?/p>

很難想象一個有大型EUV設(shè)備的工廠將在國際空間站甚至在月球或火星上建造。但是在將來，在太空中發(fā)展小型晶圓廠或微型晶圓廠是可行的。

為此，航天器或太空殖民地將需要3D打印機和fab工具，以及對晶片進行圖形化（pattern）的光刻技術(shù)。這就是需要與Astrileux、太空科學(xué)發(fā)展中心以及納米艙（NanoRacks）合作的地方。太空科學(xué)發(fā)展中心是國際空間站的美國國家實驗室（美國政府資助的實驗室）的管理者。

納米艙這家航空航天公司在國際空間站的美國國家實驗室安裝了兩個研究平臺。根據(jù)納米艙的說法，每個平臺最多可容納16個立方體衛(wèi)星（cubesat）外形尺寸的有效載荷。每個立方體衛(wèi)星的有效載荷為一個四英寸的立方體。

為了進行實驗，Astrileux設(shè)計了有效載荷，并合并到納米艙的立方體衛(wèi)星中。立方體衛(wèi)星包括Astrileux有效載荷的內(nèi)部和外部組件。

去年11月，國際空間站的宇航員將Astrileux的有效載荷安裝在氣閘中，并自動裝載到外部平臺上，然后實驗被激活。立方體衛(wèi)星的一部分暴露在陽光下，使Astrileux的EUV涂層捕獲足夠的太陽輻射。該項目研究了EUV材料在極端輻射環(huán)境下如何能經(jīng)受住降解。

在實驗中，Astrileux的材料成功地展示了EUV的波長范圍（10nm-20nm）。Jaiswal說：“Astrileux創(chuàng)造了可以在極端輻射環(huán)境中生存的新型EUV光學(xué)涂層，并可以有效捕獲13.5nm和其他EUV波長的EUV輻射?！?/p>

鑒于這一結(jié)果，有朝一日，這些材料也會有新的應(yīng)用。首先，它可以為能夠捕獲EUV輻射的新型空間儀器鋪平道路。Jaiswal說：“Astrileux的新型EUV光學(xué)器件為空間探索、太陽輻射成像、望遠鏡、星系統(tǒng)和太空系統(tǒng)中使用的光學(xué)系統(tǒng)的新設(shè)計奠定了基礎(chǔ)?！?/p>

還有其他一些新的和未來的應(yīng)用。 “該實驗的目的是為7nm及以下的太空電子制造奠定基礎(chǔ)。” 賈伊斯瓦爾說：“Astrileux有效載荷在繞地球飛行時測量并捕獲13.5nm光刻波長下的EUV太陽輻射。通常，具有強大光源的EUV光刻工具用于以所需的晶圓產(chǎn)量對晶圓進行圖形化。但是，這種有效載荷可以測量并捕獲可用于對硅晶片進行構(gòu)圖的自然太陽EUV輻射?！?/p>

傳統(tǒng)的EUV光學(xué)器件可能需要花費100天以上的時間來對單個晶片進行圖形化，而Astrileux的光學(xué)器件最終可以將圖形化時間減少到不到10個小時。反過來，這使得在空間中的小型社區(qū)中進行晶圓圖形化和制造成為可行的概念。

同時，在地球上，一些鑄造廠已將EUV光刻技術(shù)投入7nm和5nm的生產(chǎn)，并進行了3nm的研發(fā)。Astrileux的新型EUV涂層也是生產(chǎn)工廠中EUV光刻掃描儀的理想選擇。

本文編譯自http://semiengineering.com/manufacturing-bits-june-2-2/