Наскоро професор Цумору Шинтаке от Института за наука и технологии на Окинава (OIST) предложи революционна технология за екстремна ултравиолетова (EUV) литография, която не само надхвърля границите на съществуващото производство на полупроводници, но също така предвещава нова глава в бъдещето на индустрията.
Тази иновация значително подобрява стабилността и поддръжката, тъй като нейният опростен дизайн изисква само две огледала и светлинен източник от само 20 W, като по този начин намалява общата консумация на енергия на системата до по-малко от 100 kW, което е само една десета от консумацията на енергия на традиционните технологии (които обикновено изискват повече от 1MW (=1000kW) за работа). Новата система поддържа много висок контраст, като същевременно намалява 3D ефекта на маската, постигайки нанометрова прецизност, необходима за прецизен трансфер на логически модели от фотомаски към силициеви пластини.
Ядрото на тази иновация е използването на по-компактен и ефективен EUV светлинен източник, който значително намалява разходите, като същевременно значително подобрява надеждността и експлоатационния живот на оборудването. Особено впечатляващо е, че неговата консумация на енергия е само една десета от тази на традиционните EUV литографски машини, проправяйки пътя за екологично и устойчиво развитие в полупроводниковата индустрия.
Ключът към този технологичен пробив се крие в решаването на два проблема, които отдавна тормозят индустрията: единият е дизайнът на минималистична и ефективна оптична прожекционна система, която се състои само от две внимателно конфигурирани огледала; другото е разработването на нов метод, който може точно да насочва EUV светлината към логическата област на модела на плоското огледало (фотомаска) без препятствия, постигайки безпрецедентна оптимизация на оптичния път.
Предизвикателства на EUV литографията
Процесори, които правят изкуствения интелект (AI) възможен, чипове с ниска мощност за мобилни устройства като мобилни телефони и чипове за DRAM памет с висока плътност - всички тези усъвършенствани полупроводникови чипове се произвеждат с помощта на EUV литография.
Производството на полупроводници обаче е изправено пред проблеми с висока консумация на енергия и сложност на оборудването, което значително увеличава разходите за инсталиране, поддръжка и потребление на електроенергия. Технологичното изобретение на професор Цумору Шинтаке е пряк отговор на това предизвикателство и той го нарича пробивно постижение, което „почти напълно решава тези скрити проблеми“.
Традиционните оптични системи разчитат на симетричното разположение на лещите и апертурите за постигане на оптимална производителност, но специалните характеристики на EUV светлината - изключително къса дължина на вълната и лесно поглъщане от материалите - правят този модел вече неприложим. EUV светлината трябва да се отразява от огледало с полумесец и зигзаг в открито пространство, жертвайки някои оптични характеристики. Новата технология на OIST, чрез осесиметрична система с двойно огледало, разположена в права линия, не само възстановява отличната оптична производителност, но също така значително опростява структурата на системата.
Значително намаляване на консумацията на енергия
Тъй като EUV енергията се отслабва с 40% при всяко огледално отражение, в индустриалния стандарт само около 1% от енергията на EUV светлинния източник достига пластината през 10-те използвани огледала, което означава, че е необходима много висока EUV светлинна мощност. За да отговори на това търсене, CO2 лазерът, който задвижва EUV източника на светлина, изисква много електричество, както и много вода за охлаждане.
За разлика от това, чрез ограничаване на броя на огледалата до общо само четири от EUV източника на светлина към пластината, повече от 10% от енергията може да бъде прехвърлена, което означава, че дори малък EUV източник на светлина от десетки вата може да работи ефективно . Това може значително да намали консумацията на енергия.
Преодоляване на две големи предизвикателства
В сравнение със съществуващите индустриални стандарти, моделът OIST показа значителни предимства със своя рационализиран дизайн (само две огледала), изключително ниски изисквания към източника на светлина (20 W) и обща консумация на енергия (по-малко от 100 kW), която е по-малко от една десета от тази на традиционните технологии. Тази иновация не само осигурява прехвърляне на шаблони с нанометрова точност, но също така намалява 3D ефекта на маската, подобрявайки цялостната производителност.
По-специално, чрез намаляване на броя на огледалните отражения до четири пъти, новата система постига ефективност на пренос на енергия от повече от 10%, което позволява дори на малки EUV светлинни източници да работят ефективно, като по този начин значително намалява консумацията на енергия. Това постижение не само намалява натоварването на CO2 лазерите, но също така намалява нуждата от охлаждаща вода, като допълнително въплъщава концепцията за опазване на околната среда.
Професор Цумору Шинтаке изобрети и оптичния метод за осветяване на „двулинейно поле“, който умело решава проблема с интерференцията на оптичния път и постига точно картографиране на модела от фотомаска до силиконова пластина. Той го оприличи на регулиране на ъгъла на фенерче, за да освети огледалото по най-добрия начин, избягвайки светлинни сблъсъци и максимизирайки ефективността на осветлението, демонстрирайки изключителната си креативност и мъдрост.
