美国能造EUV光刻机镜头吗？这家美国公司或可与德国卡尔蔡司一战

　　序言
　　美国劳伦斯伯克利国家实验室鸟瞰图
　　在美国著名大学加州大学伯克利分校 的中心校园内，有一个美国能源部下属的劳伦斯伯克利国家实验室 。
　　美国劳伦斯伯克利国家实验室同步辐射光源大厅虚拟3D图
　　劳伦斯伯克利国家实验室的同步辐射光源 是世界上最先进的大科学装置之一。而在这座同步辐射装置的12.0.1光束线站上，有一座全世界最精密的仪器之一： 极紫外EUV光刻曝光平台MET5 。
　　美国劳伦斯伯克利国家实验室同步辐射光源12.0.1光束线站示意图
　　美国劳伦斯伯克利国家实验室同步辐射光源12.0.1光束线站的极紫外EUV曝光平台MET5
　　在这个MET5平台上，源源不断地诞生了大量EUV光刻研究。
　　美国劳伦斯伯克利国家实验室MET5平台2021年最新的EUV光刻相关工作
　　据该实验室2019年论文资料显示，其平台的EUV光刻曝光分辨率已经达到8nm 。
　　美国劳伦斯伯克利国家实验室MET5平台2019年发表8nm分辨率的EUV曝光结果
　　<一> MET5的制造商浮出水面
　　2016年4月11日有一则新闻：美国公司Zygo起诉纽约州立大学拖欠高达260万美元的极紫外光刻EUV光学工程款项 。
　　新闻显示：这是一项总额高达1000万美元的极紫外光刻EUV光学工程，该项目便是MET5 。
　　Zygo完成的极紫外曝光装置MET5
　　据Zygo官方提供的资料，其具有世界上最先进的光学制造能力：*可加工最大500 毫米的尺寸非球面，提供 λ/5000 RMS@633 nm 的精度。
　　*计算机辅助光学表面处理技术在非球面、精密球体、平面和圆柱体中实现1nm面型精度和0.2nm表面粗糙度。
　　*离子束抛光成形技术抛光非球面、球面和平面光学表面，可以实现 <0.25nm的面型精度。
　　Zygo，公司成立于1970年，总部位于美国康涅狄格（Connecticut），在加利福尼亚（California）建有以光学设计为主的研发中心，在亚利桑那州的图森（Tucson, Arizona）建有生产基地，在全球建有11个分公司或办事处并在许多国家有业务代理。公司于1983年在NASDAQ上市。
　　研发中心现有15位科学家和75位产品开发工程师从事新技术和产品的研究开发，其中大部分是博士，他们与世界各地的科研人员协作领导着精密光学及测量的发展潮流。
　　1970年，Zygo在美国康涅狄格州的卫斯理大学成立
　　Zygo同很多美国高科技企业一样，诞生在某个车库或者小平房里。
　　1970年，Zygo在美国康涅狄格州的卫斯理大学成立 。
　　Zygo是一家生产无与伦比的高品质光学元件的制造商：
　　该公司的首批重大项目之一是生产高速和高精度生产非球面透镜的机器。佳能 相机中使用的世界上第一款采用非球面光学元件的可互换 35 毫米单反相机镜头 ，正是采用Zygo的非球面透镜生产设备。
　　佳能35毫米单反镜头
　　1980年，Zygo为美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 的 NOVA 激光项目 制造平面元件。
　　美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室长达137米的Nova激光器系统
　　1997 年，Zygo与 LLNL国家点火装置 签订了一份合同，为有史以来最大的激光聚变项目提供数千米级平面光学器件。
　　国家点火装置的靶室中，192 束激光束聚焦在胡椒粒大小的聚变燃料颗粒上
　　以至于今天， ZYGO仍是世界上最强大激光器的高通量光学器件的主要供应商 。
　　正是与世界上最顶级的光学制造应用场景的长期合作，使得这家公司几乎拥有了世界上最先进的光学设计、计量、制造能力。
　　<二> Zygo在EUV光刻平台的研发历史
　　2013年，Zygo的极端精密光学组组长Holger Glatzel发表了一篇论文：
　　数值孔径0.5的极紫外光刻微区曝光工具的投影光学系统
　　2013年，Zygo的极端精密光学组组长Holger Glatzel发表的一篇论文截图
　　在这篇论文中，详细地描述了Zygo开发、制造极紫外光学平台的历史和能力：
　　1993年 ：为AT&T项目制造演示镜头
　　1994年 ：为日本NTT项目制造3镜头系统
　　1995年 ：为美国桑迪亚国家实验室制造3镜头系统
　　1997年 ：为美国LLC制造4镜头系统
　　…
　　Zygo自1993年开始提供EUV光学系统制造服务
　　我们可以看到，Zygo几乎为上世纪90年代以来美国所有重要的EUV光刻机研究项目提供镜头制造服务。
　　Zygo具有40年的计算机辅助修形(CCOS)经验，超过20年的离子束抛光经验，30年的EUV光学制造经验 。几乎是美国这个行业的隐形冠军。
　　Zygo的极紫外光学镜头研制简介
　　当然，在这篇论文里，Zygo的主管详细介绍了用于EUV镜头制造的设备，包括：
　　用于镜头衬底成型制造的设备；
　　用于面形抛光的离子束抛光成形IBF设备；
　　用于EUV镜头测量的计量设备。
　　Zygo用于镜头衬底成型制造的设备
　　Zygo用于镜头抛光的离子束抛光成形IBF设备
　　Ziyo为MET5的两块镜头测量制造的光学计量平台
　　我此前在2021年06月23日写过一篇文章，初步介绍过德国蔡司的EUV镜头工艺制造工艺 ，其中介绍过计算机控制修形方法  (computer controlled polishing,CCP)和离子束抛光 (ion beam figuring, IBF)。
　　我们可以看到，这两家公司的技术方案是基本一致的。
　　德国蔡司的EUV镜头制造工艺及设备
　　<三> 美国Zygo和德国蔡司EUV镜头制造技术能力
　　我们稍作做一点对比研究：
　　ASML极紫外光刻机的供应商蔡司发布的镜头技术参数进化图，以及Zygo的技术参数进化图。
　　如下，我们简单地比较一下MSFR的粗糙度数据 ，可以看到两者几乎是伯仲之间：
　　2010年左右达到0.1nm, 而2014年左右达地0.05nm。
　　蔡司EUV镜头参数进化：2000年-2014年
　　Zygo的EUV镜头参数进化：1997年-2013年
　　而在另一篇资料中，Zygo展示了其EUV光学计量平台，误差小于0.01nm 。
　　Zygo的光学计量平台，误差小于0.01nm
　　Zygo还报道过此光学计量平台对3套不同的MET5光学系统进行了测量，测量结果显示3套系统的一致性非常高。
　　Zygo的光学计量平台对3套MET5光学系统的测量结果，一致性非常高
　　当然，Zygo也报道了MET5中的两个镜头的40层反射膜镀膜 情况，镀膜是在美国利弗莫尔国家实验室完成的，其技术水平也和蔡司相当。因为美国是最早开展反射镜镀膜研究的单位，此处不做过多阐述。
　　我们可以从图这张图中看到MET5的两块镜头：一块9.2厘米直径的M1镜头，和一块直径25厘米的M2 镜头。
　　Zygo镜头的镀膜
　　也有朋友会问：那Zygo会组装吗 ？
　　实际上，Zygo是光学计量领域的最强者之一，而依赖计量工具的组装工作，对Zygo来说也是非常轻松的一件事情。下图是Zygo组装、校准MET5工具中的M1、M2镜头的一点介绍资料，有兴趣的朋友可以研究一下。
　　Zygo组装MET5的流程
　　从Zygo的这些介绍资料来看，其完全具备极紫外光刻EUV镜头的设计、制造、测量、组装能力，并且其各方面能力并不在德国卡尔蔡司之下。
　　而美国到底还有多少类似于Zygo这样的隐形冠军呢？
　　而美国到底还有多少类似于Zygo这样的高端精密光学设计、制造企业呢？
　　<结语>
　　Zygo从一个大学实验室孵化出来，但是其很多参与了美国国家实验室的项目，包括文中提到的劳伦斯伯克利国家实验室、劳伦斯利弗莫尔国家实验室。
　　阅读我之前很多文章的朋友，对另一家斯坦福美国加速器国家实验室就更熟悉了，那里诞生了紧凑型加速器企业Lyncean，诞生了做X-射线光源的Sigray，也诞生了清华大学＂EUV光源＂的概念。
　　一路走来，从Energetiq,到Lyncean,到Sigray,到今天聊起的Zygo。这些一个个陌生的美国初创企业，都在慢慢的渗透到我们的市场、渗透到我们的产业链，然而我们基本上是浑然而不知觉的。
　　是什么样的机制，促进了美国高新技术持续的极速转化能力？
　　是什么样的机制，促进了美国这些初创的高新技术企业能得到高速的发展呢？
　　当下，正是我们国家高新技术发展的黄金时间、起步时间，我们又能从美国这些二三十年前发展、壮大起来的高新技术企业身上学习到什么样的经验呢？
　　欢迎朋友们留言、评论、交流。我们下次再见！
　　注：本文所引均来自网络公开资料，如有误读或理解错误，敬请指正。
　　<参考>
　　美国劳伦斯伯克利国家实验室MET平台链接：https://www.cxro.lbl.gov/MET
　　美国Zygo公司历史介绍：https://www.zygo.com/company/about-us/history
　　2013年Zygo的极端精密光学组组长Holger Glatzel发表了一篇论文链接：https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc838485/m2/1/high_res_d/1088484.pdf
　　2016年美国LBNL实验室关于MET5技术参数的详细介绍：https://www.euvlitho.com/2016/P85.pdf
　　2016年Zygo关于MET5平台的介绍资料：https://www.euvlitho.com/2016/P68.pdf