太空能制造晶片吗?美国成功测试宇宙中的EUV光刻技术

2020-06-04 14:34 来源:雷锋网

2020年5月31日,美国太空计划创造了历史。美国国家航空航天局宇航员罗伯特贝肯和道格拉斯赫尔利乘坐SpaceX DM-2“龙”号宇宙飞船抵达国际空间站,这是商业宇宙飞船首次将宇航员运送到国际空间站。

国际空间站是企业、政府和大学的研究实验室。一段时间以来,国际空间站的宇航员在实验室里为各种组织进行了大量创新实验。

例如,最近在国际空间站进行了世界上第一次基于EUV的光刻实验,这可能为在太空制造先进芯片奠定基础。

2019年11月2日,诺斯罗普格鲁曼公司的天鹅座宇宙飞船从弗吉尼亚州的沃洛普斯飞行设施发射升空。宇宙飞船将阿斯特里勒克斯公司的有效载荷送入国际空间站,阿斯特里勒克斯公司为制造7纳米以下的集成电路提供光学技术。有效载荷由空间科学发展中心与纳米机架合作执行。此外,宇宙飞船还携带20多个其他有效载荷。

去年11月,国际空间站的宇航员利用来自Astrileux的有效载荷,在国际空间站的外部平台上进行了光刻实验。实验围绕Astrileux的新EUV光学镀膜技术进行,目的是确定是否有可能使用Astrileux的EUV涂层捕获太阳EUV辐射.这些材料构成了波长为13.5纳米的EUV光刻工具的光学和反射镜的基础

实验表明,太阳EUV辐射可以被阿斯特里勒克斯的EUV涂层捕获。总有一天,阿斯特里勒的材料会成为一种新型的太空仪器。这也为未来基于EUV的空间光刻技术奠定了基础,该技术使用太阳辐射能量作为光源。

国际空间站于2000年首次投入使用。这是一个模块化的空间实验室,是美国、俄罗斯、日本、欧洲和加拿大的航空航天机构之间的合作项目。在国际空间站上,宇航员进行天文学、宇宙学、气象学和物理学的科学实验。

制造芯片和组件是太空中另一个有趣的话题。“为了实现人类在空中长期生存的目标,我们需要建立一个电子制造生态系统来支持国际空间站上的本地化和自我维持的社区,”阿斯特里勒公司的首席执行官苏普利娅杰斯瓦尔说。“工作中的宇航员可以根据需要快速制作电子产品的原型,从而在国际空间站上创造新的功能,包括增强计算能力和建造新的智能设备的能力,以及快速修复在高风险操作中可能出现的过时或损坏的电子设备的能力。”

很难想象一个拥有大型EUV设备的工厂会建在国际空间站,甚至月球或火星上。但在未来,在太空发展小型晶圆厂或微型晶圆厂是可行的。

为此,航天器或太空殖民地将需要3D打印机和制造工具,以及光刻技术来制作晶片图案。这就是需要与阿斯特里勒、空间科学发展中心和纳米背包合作的地方。空间科学发展中心是国际空间站上美国国家实验室(美国政府资助的实验室)的管理者。

航空航天公司Nanopods在国际空间站的美国国家实验室安装了两个研究平台。根据纳米胶囊,每个平台可以容纳多达16个立方体卫星有效载荷。每个立方体卫星的有效载荷是一个4英寸的立方体。

为了进行实验,阿斯特里勒设计了有效载荷,并将其装入纳米胶囊的立方体卫星中。立方体卫星包括Astrileux有效载荷的内部和外部组件。

去年11月,国际空间站的宇航员将阿斯特里勒的有效载荷安装在气闸中,并自动将其装载到外部平台上。然后实验被激活。立方体卫星的一部分暴露在阳光下,使得阿斯特里勒的EUV涂层能够捕获足够的太阳辐射。该项目研究了EUV材料如何在极端辐射环境下耐受降解。

在实验中,Astrileux材料成功演示了EUV波长范围(10纳米-20纳米)。贾斯瓦尔说:“阿斯特里勒制造了一种新型的EUV光学涂层,它能在极端辐射环境下生存,并能有效捕捉13.5纳米和其他EUV波长的EUV辐射。”

鉴于这一结果,总有一天这些材料会有新的用途。首先,它可以为能够捕捉EUV辐射的新型空间仪器铺平道路。贾斯瓦尔说:“阿斯特里勒克斯的新EUV光学系统为用于空间探索、太阳辐射成像、望远镜、恒星系统和空间系统的光学系统的新设计奠定了基础。”

还有其他新的和未来的应用。"这项实验的目的是为7纳米以下的空间电子制造奠定基础."杰斯瓦尔说:“阿斯特里勒有效载荷在环绕地球飞行时,以13.5纳米的光刻波长测量并捕获EUV太阳辐射。一般来说,具有强大光源的EUV光刻工具被用于以期望的晶片产量图案化晶片。然而,这种有效载荷可以测量和捕捉自然的太阳EUV辐射,用来制作硅片的图案

传统的EUV光学系统可能需要100多天来对单个晶片进行构图,而Astrileux光学系统最终可以将构图时间减少到10小时以内。反过来,这使得在太空中的小社区进行晶片图案化和制造成为一个可行的概念。

与此同时,在地球上,一些铸造厂已经将EUV光刻技术投入到7纳米和5纳米的生产中,并且已经在3纳米进行了研究和开发。Astrileux的新EUV涂层也是生产工厂中EUV平版扫描仪的理想选择。