Nedávno profesor Tsumoru Shintake z Okinawského inštitútu vedy a technológie Graduate University (OIST) navrhol revolučnú technológiu extrémnej ultrafialovej (EUV) litografie, ktorá nielenže presahuje hranice existujúcej výroby polovodičov, ale zároveň predznamenáva novú kapitolu v budúcnosti. priemyslu.
Táto inovácia výrazne zlepšuje stabilitu a udržiavateľnosť, pretože jej zjednodušený dizajn vyžaduje iba dve zrkadlá a svetelný zdroj iba 20 W, čím znižuje celkovú spotrebu systému na menej ako 100 kW, čo je len jedna desatina spotreby energie tradičných technológií. (ktoré na prevádzku zvyčajne vyžadujú viac ako 1 MW (=1000kW)). Nový systém zachováva veľmi vysoký kontrast a zároveň znižuje 3D efekt masky, čím sa dosahuje presnosť na úrovni nanometrov potrebná na presný prenos logických vzorov z fotomasiek na kremíkové doštičky.
Jadrom tejto inovácie je použitie kompaktnejšieho a efektívnejšieho zdroja EUV svetla, ktorý výrazne znižuje náklady a zároveň výrazne zlepšuje spoľahlivosť a životnosť zariadenia. Zvlášť pozoruhodné je, že jeho spotreba energie je len desatinou spotreby tradičných EUV litografických strojov, čo dláždi cestu pre ekologický a trvalo udržateľný rozvoj v polovodičovom priemysle.
Kľúč k tomuto technologickému prelomu spočíva v riešení dvoch problémov, ktoré už dlho sužujú toto odvetvie: jedným je návrh minimalistického a efektívneho optického projekčného systému, ktorý pozostáva iba z dvoch starostlivo nakonfigurovaných zrkadiel; druhým je vývoj novej metódy, ktorá dokáže presne viesť EUV svetlo do oblasti logického vzoru na rovinnom zrkadle (fotomaske) bez prekážok, čím sa dosiahne bezprecedentná optimalizácia optickej dráhy.
Výzvy litografie EUV
Procesory, ktoré umožňujú umelú inteligenciu (AI), čipy s nízkou spotrebou pre mobilné zariadenia, ako sú mobilné telefóny, a čipy pre pamäť DRAM s vysokou hustotou – všetky tieto pokročilé polovodičové čipy sa vyrábajú pomocou EUV litografie.
Výroba polovodičov však čelí problémom vysokej spotreby energie a zložitosti zariadení, čo značne zvyšuje náklady na inštaláciu, údržbu a spotrebu elektrickej energie. Technologický vynález profesora Tsumoru Shintake je priamou odpoveďou na túto výzvu a nazýva ho prelomovým úspechom, ktorý „takmer úplne rieši tieto skryté problémy“.
Tradičné optické systémy sa spoliehajú na symetrické usporiadanie šošoviek a otvorov, aby sa dosiahol optimálny výkon, ale špeciálne vlastnosti EUV svetla – extrémne krátka vlnová dĺžka a ľahká absorpcia materiálmi – spôsobujú, že tento model už nie je použiteľný. EUV svetlo sa musí odrážať v tvare polmesiaca a kľukatí v otvorenom priestore, čím sa obetuje určitý optický výkon. Nová technológia OIST prostredníctvom osovo symetrického dvojzrkadlového systému usporiadaného v priamke nielen obnovuje vynikajúci optický výkon, ale tiež výrazne zjednodušuje štruktúru systému.
Výrazné zníženie spotreby energie
Keďže energia EUV je pri každom odraze zrkadla zoslabená o 40 %, podľa priemyselnej normy sa do plátku cez 10 použitých zrkadiel dostane len asi 1 % energie zdroja svetla EUV, čo znamená, že je potrebný veľmi vysoký svetelný výkon EUV. Na splnenie tejto požiadavky potrebuje CO2 laser, ktorý poháňa zdroj svetla EUV, veľa elektriny a tiež veľa chladiacej vody.
Naproti tomu obmedzením počtu zrkadiel na celkovo iba štyri zo zdroja svetla EUV do plátku je možné preniesť viac ako 10 % energie, čo znamená, že aj malý zdroj svetla EUV s výkonom desiatok wattov môže pracovať efektívne. . To môže výrazne znížiť spotrebu energie.
Prekonanie dvoch veľkých výziev
V porovnaní s existujúcimi priemyselnými štandardmi, model OIST ukázal významné výhody so svojim efektívnym dizajnom (iba dve zrkadlá), extrémne nízkymi požiadavkami na svetelný zdroj (20W) a celkovou spotrebou energie (menej ako 100kW), ktorá je menej ako jedna desatina tejto hodnoty. tradičných technológií. Táto inovácia zaisťuje nielen prenos vzoru s presnosťou na úrovni nanometrov, ale tiež znižuje 3D efekt masky, čím zlepšuje celkový výkon.
Najmä znížením počtu zrkadlových odrazov na štvornásobok dosahuje nový systém účinnosť prenosu energie viac ako 10 %, čo umožňuje efektívne fungovanie aj malých zdrojov EUV svetla, čím sa výrazne znižuje spotreba energie. Tento úspech nielen znižuje zaťaženie CO2 laserov, ale tiež znižuje potrebu chladiacej vody, čím ďalej stelesňuje koncepciu ochrany životného prostredia.
Profesor Tsumoru Shintake vynašiel aj osvetľovaciu optickú metódu „dual-line field“, ktorá šikovne rieši problém interferencie optickej dráhy a dosahuje presné mapovanie vzoru od fotomasky po kremíkovú dosku. Prirovnal to k nastaveniu uhla baterky, aby sa zrkadlo čo najlepšie osvetlilo, aby sa zabránilo kolíziám svetla a maximalizovala sa efektivita osvetlenia, čím demonštroval svoju mimoriadnu kreativitu a múdrosť.
