Нещодавно професор Цумору Шінтаке з Окінавського науково-технологічного університету (OIST) запропонував революційну технологію екстремального ультрафіолетового (EUV) літографії, яка не тільки виходить за межі існуючого виробництва напівпровідників, але й відкриває нову главу в майбутньому промисловість.
Ця інновація значно покращує стабільність і ремонтопридатність, оскільки її спрощена конструкція потребує лише двох дзеркал і джерела світла лише 20 Вт, таким чином зменшуючи загальне енергоспоживання системи до менш ніж 100 кВт, що становить лише одну десяту від споживання електроенергії традиційними технологіями. (для роботи яких зазвичай потрібно понад 1 МВт (=1000 кВт). Нова система підтримує дуже високий контраст, одночасно зменшуючи 3D-ефект маски, досягаючи точності нанометрового рівня, необхідної для точного перенесення логічних шаблонів із фотошаблонів на кремнієві пластини.
Основою цієї інновації є використання більш компактного та ефективного EUV джерела світла, що значно скорочує витрати, значно покращуючи надійність і термін служби обладнання. Особливо вражає те, що його енергоспоживання становить лише одну десяту від споживання традиційних EUV літографічних машин, що прокладає шлях до екологічного та сталого розвитку напівпровідникової промисловості.
Ключ до цього технологічного прориву полягає у вирішенні двох проблем, які давно мучать індустрію: одна – це розробка мінімалістичної та ефективної оптичної проекційної системи, яка складається лише з двох ретельно налаштованих дзеркал; інший – це розробка нового методу, який може точно направляти EUV-світло до зони логічного малюнка на плоскому дзеркалі (фотомаску) без перешкод, досягаючи безпрецедентної оптимізації оптичного шляху.
Проблеми EUV літографії
Процесори, які роблять можливим штучний інтелект (ШІ), мікросхеми з низьким енергоспоживанням для мобільних пристроїв, таких як мобільні телефони, і мікросхеми для пам’яті DRAM високої щільності – усі ці вдосконалені напівпровідникові мікросхеми виготовляються за допомогою EUV-літографії.
Однак виробництво напівпровідників стикається з проблемами високого енергоспоживання та складності обладнання, що значно збільшує вартість установки, обслуговування та споживання електроенергії. Технологічний винахід професора Цумору Шінтаке є прямою відповіддю на цей виклик, і він називає його проривним досягненням, яке «майже повністю вирішує ці приховані проблеми».
Традиційні оптичні системи покладаються на симетричне розташування лінз і апертур для досягнення оптимальної продуктивності, але особливі характеристики EUV-світла — надзвичайно коротка довжина хвилі та легке поглинання матеріалами — роблять цю модель непридатною. EUV-світло має відбиватися серповидним дзеркалом і зигзагами у відкритому просторі, жертвуючи деякими оптичними характеристиками. Нова технологія OIST завдяки осесиметричній системі подвійних дзеркал, розташованих по прямій лінії, не тільки відновлює чудові оптичні характеристики, але й значно спрощує структуру системи.
Значне зниження енергоспоживання
Оскільки EUV-енергія послаблюється на 40% при кожному дзеркальному відображенні, у галузевому стандарті лише близько 1% EUV-енергії джерела світла досягає пластини через 10 використаних дзеркал, що означає, що необхідний дуже високий EUV світловий вихід. Щоб задовольнити цей попит, СО2-лазер, який керує EUV джерелом світла, потребує багато електроенергії, а також багато охолоджувальної води.
Навпаки, якщо обмежити кількість дзеркал лише чотирма від EUV джерела світла до пластини, більше 10% енергії може бути передано, що означає, що навіть невелике EUV джерело світла в десятки ват може працювати ефективно. . Це може значно знизити енергоспоживання.
Подолання двох основних проблем
Порівняно з існуючими галузевими стандартами, модель OIST продемонструвала значні переваги завдяки своєму обтічному дизайну (тільки два дзеркала), надзвичайно низьким вимогам до джерела світла (20 Вт) і загальному споживанню електроенергії (менше 100 кВт), що становить менше однієї десятої від цього традиційних технологій. Ця інновація не тільки забезпечує передачу візерунка з нанометровою точністю, але й зменшує 3D-ефект маски, покращуючи загальну продуктивність.
Зокрема, завдяки зменшенню кількості дзеркальних відображень у чотири рази, нова система досягає ефективності передачі енергії понад 10%, що дозволяє ефективно працювати навіть невеликим EUV джерелам світла, тим самим значно знижуючи енергоспоживання. Це досягнення не тільки зменшує навантаження на CO2-лазери, але й зменшує потребу в охолоджувальній воді, що ще більше втілює концепцію захисту навколишнього середовища.
Професор Цумору Шінтаке також винайшов оптичний метод освітлення «подвійним полем», який розумно вирішує проблему інтерференції оптичного шляху та забезпечує точне відображення візерунка від фотошаблону до кремнієвої пластини. Він порівняв це з налаштуванням кута ліхтарика, щоб найкращим чином освітлити дзеркало, уникаючи зіткнень світла та максимізуючи ефективність освітлення, демонструючи свою надзвичайну креативність і мудрість.
