Недавно профессор Цумору Шинтаке из Окинавского института науки и технологий (OIST) предложил революционную технологию литографии в экстремальном ультрафиолете (EUV), которая не только выходит за рамки существующего производства полупроводников, но и открывает новую главу в будущем отрасли.
Это нововведение значительно повышает стабильность и ремонтопригодность, поскольку его упрощенная конструкция требует только двух зеркал и источника света мощностью всего 20 Вт, тем самым снижая общую потребляемую мощность системы до менее чем 100 кВт, что составляет всего одну десятую от потребляемой мощности традиционных технологий (которые обычно требуют более 1 МВт (=1000кВт) для работы). Новая система поддерживает очень высокую контрастность, одновременно уменьшая эффект 3D маски, достигая точности нанометрового уровня, необходимой для точного переноса логических шаблонов с фотошаблонов на кремниевые пластины.
Суть этой инновации заключается в использовании более компактного и эффективного источника света EUV, что значительно снижает затраты, при этом значительно повышая надежность и срок службы оборудования. Особенно поразительно то, что его энергопотребление составляет всего одну десятую от энергопотребления традиционных машин EUV-литографии, что прокладывает путь к зеленому и устойчивому развитию в полупроводниковой промышленности.
Ключ к этому технологическому прорыву лежит в решении двух проблем, которые долгое время беспокоили отрасль: одна из них — разработка минималистской и эффективной оптической проекционной системы, состоящей всего из двух тщательно настроенных зеркал; другая — разработка нового метода, который может точно направлять EUV-свет в логическую область рисунка на плоском зеркале (фотошаблоне) без помех, достигая беспрецедентной оптимизации оптического пути.
Проблемы EUV-литографии
Процессоры, которые делают возможным искусственный интеллект (ИИ), маломощные чипы для мобильных устройств, таких как мобильные телефоны, и чипы для памяти DRAM высокой плотности — все эти передовые полупроводниковые чипы производятся с использованием EUV-литографии.
Однако производство полупроводников сталкивается с проблемами высокого энергопотребления и сложности оборудования, что значительно увеличивает стоимость установки, обслуживания и потребления электроэнергии. Изобретение технологии профессора Цумору Шинтаке является прямым ответом на этот вызов, и он называет его прорывным достижением, которое «почти полностью решает эти скрытые проблемы».
Традиционные оптические системы полагаются на симметричное расположение линз и апертур для достижения оптимальной производительности, но особые характеристики EUV-света — чрезвычайно короткая длина волны и легкое поглощение материалами — делают эту модель неприменимой. EUV-свет должен отражаться серповидным зеркалом и зигзагообразно двигаться в открытом пространстве, что приводит к снижению некоторых оптических характеристик. Новая технология OIST, посредством осесимметричной двухзеркальной системы, расположенной по прямой линии, не только восстанавливает превосходные оптические характеристики, но и значительно упрощает структуру системы.
Значительное снижение энергопотребления
Поскольку энергия EUV ослабляется на 40% при каждом зеркальном отражении, в отраслевом стандарте только около 1% энергии источника света EUV достигает пластины через 10 используемых зеркал, что означает, что требуется очень высокий выход света EUV. Чтобы удовлетворить этот спрос, лазер CO2, который управляет источником света EUV, требует много электроэнергии, а также много охлаждающей воды.
Напротив, ограничивая количество зеркал до четырех от источника EUV-света до пластины, можно передавать более 10% энергии, что означает, что даже небольшой источник EUV-света мощностью в десятки ватт может работать эффективно. Это может значительно снизить потребление энергии.
Преодоление двух основных проблем
По сравнению с существующими отраслевыми стандартами модель OIST продемонстрировала значительные преимущества благодаря своей обтекаемой конструкции (всего два зеркала), чрезвычайно низким требованиям к источнику света (20 Вт) и общему энергопотреблению (менее 100 кВт), что составляет менее одной десятой от традиционных технологий. Это нововведение не только обеспечивает передачу рисунка с точностью нанометрового уровня, но и снижает 3D-эффект маски, улучшая общую производительность.
В частности, за счет сокращения числа зеркальных отражений до четырех раз новая система достигает эффективности передачи энергии более 10%, что позволяет даже небольшим источникам EUV-света работать эффективно, тем самым значительно снижая потребление энергии. Это достижение не только снижает нагрузку на CO2-лазеры, но и снижает потребность в охлаждающей воде, еще больше воплощая концепцию защиты окружающей среды.
Профессор Цумору Шинтаке также изобрел оптический метод освещения "двойного линейного поля", который ловко решает проблему интерференции оптических путей и обеспечивает точное отображение рисунка от фотошаблона до кремниевой пластины. Он сравнил это с регулировкой угла фонарика для наилучшего освещения зеркала, избегая столкновений света и максимизируя эффективность освещения, демонстрируя свою необычайную креативность и мудрость.
