Pred kratkim je profesor Tsumoru Shintake z Okinawskega inštituta za znanost in tehnologijo (OIST) predlagal revolucionarno tehnologijo litografije z ekstremnim ultravijoličnim sevanjem (EUV), ki ne le presega meje obstoječe proizvodnje polprevodnikov, ampak tudi napoveduje novo poglavje v prihodnosti industriji.
Ta inovacija znatno izboljša stabilnost in vzdržljivost, saj njena poenostavljena zasnova zahteva samo dve ogledali in svetlobni vir z močjo samo 20 W, s čimer se zmanjša skupna poraba energije sistema na manj kot 100 kW, kar je le ena desetina porabe energije tradicionalnih tehnologij. (ki za delovanje običajno potrebujejo več kot 1 MW (=1000 kW). Novi sistem ohranja zelo visok kontrast, medtem ko zmanjšuje 3D-učinek maske in dosega nanometrsko natančnost, ki je potrebna za natančen prenos logičnih vzorcev s fotomask na silicijeve rezine.
Jedro te inovacije je uporaba kompaktnejšega in učinkovitejšega svetlobnega vira EUV, ki bistveno zniža stroške, hkrati pa znatno izboljša zanesljivost in življenjsko dobo opreme. Posebej presenetljivo je, da je njegova poraba energije le ena desetina porabe energije tradicionalnih strojev za litografijo EUV, kar utira pot zelenemu in trajnostnemu razvoju v industriji polprevodnikov.
Ključ do tega tehnološkega preboja je v rešitvi dveh težav, ki že dolgo pestita industrijo: ena je zasnova minimalističnega in učinkovitega optičnega projekcijskega sistema, ki je sestavljen iz samo dveh skrbno konfiguriranih zrcal; drugi je razvoj nove metode, ki lahko brez ovir natančno vodi EUV-svetlobo do območja logičnega vzorca na ravnem zrcalu (fotomaska), s čimer doseže optimizacijo optične poti brez primere.
Izzivi EUV litografije
Procesorji, ki omogočajo umetno inteligenco (AI), čipi z nizko porabo energije za mobilne naprave, kot so mobilni telefoni, in čipi za pomnilnik DRAM visoke gostote – vsi ti napredni polprevodniški čipi so izdelani z litografijo EUV.
Vendar pa se proizvodnja polprevodnikov sooča s problemi visoke porabe energije in kompleksnosti opreme, kar močno poveča stroške namestitve, vzdrževanja in porabo električne energije. Tehnološki izum profesorja Tsumoruja Shintakeja je neposreden odgovor na ta izziv in ga imenuje prelomni dosežek, ki »skoraj v celoti rešuje te skrite probleme«.
Tradicionalni optični sistemi se zanašajo na simetrično razporeditev leč in zaslonk za doseganje optimalne učinkovitosti, vendar zaradi posebnih značilnosti EUV svetlobe – izredno kratke valovne dolžine in enostavne absorpcije materialov – ta model ni več uporaben. Svetlobo EUV je treba odbiti z zrcalom v obliki polmeseca in cik-cakom v odprtem prostoru, pri čemer se žrtvuje nekaj optične zmogljivosti. Nova tehnologija OIST prek osnosimetričnega sistema dvojnega zrcala, razporejenega v ravni črti, ne le povrne odlično optično zmogljivost, ampak tudi močno poenostavi strukturo sistema.
Občutno zmanjšanje porabe energije
Ker je EUV-energija oslabljena za 40 % pri vsakem zrcalnem odboju, v industrijskem standardu le približno 1 % EUV-energije svetlobnega vira doseže rezino skozi 10 uporabljenih zrcal, kar pomeni, da je potrebna zelo visoka EUV svetlobna moč. Za izpolnitev tega povpraševanja laser CO2, ki poganja svetlobni vir EUV, potrebuje veliko električne energije in tudi veliko hladilne vode.
Nasprotno pa se lahko z omejitvijo števila ogledal na skupno samo štiri od EUV svetlobnega vira do rezine prenese več kot 10 % energije, kar pomeni, da lahko celo majhen EUV svetlobni vir z močjo več deset vatov učinkovito deluje. . To lahko znatno zmanjša porabo energije.
Premagovanje dveh velikih izzivov
V primerjavi z obstoječimi industrijskimi standardi je model OIST pokazal pomembne prednosti s svojo poenostavljeno zasnovo (samo dve ogledali), izjemno nizkimi zahtevami glede vira svetlobe (20 W) in skupno porabo energije (manj kot 100 kW), ki je manjša od ene desetine. tradicionalnih tehnologij. Ta inovacija ne zagotavlja samo prenosa vzorcev z nanometrsko natančnostjo, ampak tudi zmanjša 3D-učinek maske in izboljša splošno delovanje.
Z zmanjšanjem števila zrcalnih odbojev na štirikrat novi sistem doseže več kot 10-odstotno učinkovitost prenosa energije, kar omogoča učinkovito delovanje celo majhnih EUV svetlobnih virov, s čimer se znatno zmanjša poraba energije. Ta dosežek ne le zmanjša obremenitev CO2 laserjev, ampak tudi zmanjša potrebo po hladilni vodi, kar dodatno uteleša koncept varstva okolja.
Profesor Tsumoru Shintake je izumil tudi optično metodo osvetljevanja z "dvojnim poljem", ki pametno rešuje problem motenj optične poti in doseže natančno preslikavo vzorcev od fotomaske do silicijeve rezine. To je primerjal s prilagajanjem kota svetilke, da bi najbolje osvetlil ogledalo, se izognil svetlobnim trkom in povečal učinkovitost osvetlitve, s čimer je pokazal svojo izjemno ustvarjalnost in modrost.
