Nylig foreslo professor Tsumoru Shintake fra Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) en revolusjonerende ekstrem ultrafiolett (EUV) litografiteknologi som ikke bare går utover grensene for eksisterende halvlederproduksjon, men som også varsler et nytt kapittel i fremtiden. industrien.
Denne innovasjonen forbedrer stabiliteten og vedlikeholdsevnen betydelig fordi dens forenklede design bare krever to speil og en lyskilde på kun 20W, og reduserer dermed det totale strømforbruket til systemet til mindre enn 100kW, som bare er en tidel av strømforbruket til tradisjonelle teknologier. (som vanligvis krever mer enn 1MW (=1000kW) for å fungere). Det nye systemet opprettholder svært høy kontrast samtidig som det reduserer maskens 3D-effekt, og oppnår presisjonen på nanometernivå som kreves for nøyaktig overføring av logiske mønstre fra fotomasker til silisiumskiver.
Kjernen i denne innovasjonen er bruken av en mer kompakt og effektiv EUV-lyskilde, som reduserer kostnadene betydelig, samtidig som påliteligheten og levetiden til utstyret forbedres betydelig. Spesielt slående er at strømforbruket bare er en tiendedel av det for tradisjonelle EUV-litografimaskiner, og baner vei for grønn og bærekraftig utvikling i halvlederindustrien.
Nøkkelen til dette teknologiske gjennombruddet ligger i å løse to problemer som lenge har plaget industrien: det ene er utformingen av et minimalistisk og effektivt optisk projeksjonssystem som består av kun to nøye konfigurerte speil; den andre er utviklingen av en ny metode som nøyaktig kan lede EUV-lys til det logiske mønsterområdet på det plane speilet (fotomasken) uten hindringer, og oppnå enestående optimalisering av optisk bane.
Utfordringer ved EUV-litografi
Prosessorer som gjør kunstig intelligens (AI) mulig, laveffektbrikker for mobile enheter som mobiltelefoner og brikker for DRAM-minne med høy tetthet – alle disse avanserte halvlederbrikkene er produsert ved hjelp av EUV-litografi.
Imidlertid står produksjonen av halvledere overfor problemer med høyt strømforbruk og utstyrskompleksitet, noe som i stor grad øker kostnadene for installasjon, vedlikehold og strømforbruk. Professor Tsumoru Shintakes teknologioppfinnelse er et direkte svar på denne utfordringen, og han kaller det en gjennombruddsprestasjon som «nesten fullstendig løser disse skjulte problemene».
Tradisjonelle optiske systemer er avhengige av det symmetriske arrangementet av linser og blenderåpninger for å oppnå optimal ytelse, men de spesielle egenskapene til EUV-lys - ekstremt kort bølgelengde og enkel absorpsjon av materialer - gjør at denne modellen ikke lenger kan brukes. EUV-lys må reflekteres av et halvmånespeil og sikksakk i et åpent rom, noe som ofrer litt optisk ytelse. Den nye teknologien til OIST, gjennom et aksesymmetrisk dobbeltspeilsystem arrangert i en rett linje, gjenoppretter ikke bare utmerket optisk ytelse, men forenkler også systemstrukturen.
Betydelig reduksjon i strømforbruk
Siden EUV-energien dempes med 40 % ved hver speilrefleksjon, er det i industristandarden at kun ca. 1 % av EUV-lyskildeenergien når waferen gjennom de 10 speilene som brukes, noe som betyr at det kreves svært høy EUV-lyseffekt. For å møte denne etterspørselen krever CO2-laseren som driver EUV-lyskilden mye strøm, i tillegg til mye kjølevann.
Ved å begrense antallet speil til totalt bare fire fra EUV-lyskilden til waferen, kan mer enn 10 % av energien overføres, noe som betyr at selv en liten EUV-lyskilde på titalls watt kan fungere effektivt . Dette kan redusere strømforbruket betraktelig.
Overvinne to store utfordringer
Sammenlignet med de eksisterende industristandardene, har OIST-modellen vist betydelige fordeler med sin strømlinjeformede design (kun to speil), ekstremt lave lyskildekrav (20W) og totalt strømforbruk (mindre enn 100kW) som er mindre enn en tidel av dette. av tradisjonelle teknologier. Denne innovasjonen sikrer ikke bare mønsteroverføring med presisjon på nanometernivå, men reduserer også 3D-effekten til masken, og forbedrer den generelle ytelsen.
Spesielt, ved å redusere antallet speilrefleksjoner til fire ganger, oppnår det nye systemet en energioverføringseffektivitet på mer enn 10 %, slik at selv små EUV-lyskilder kan fungere effektivt, og dermed redusere strømforbruket betydelig. Denne prestasjonen reduserer ikke bare belastningen på CO2-lasere, men reduserer også behovet for kjølevann, noe som ytterligere legemliggjør konseptet med miljøvern.
Professor Tsumoru Shintake oppfant også den optiske belysningsmetoden "dual-line field", som på en smart måte løser problemet med optisk baneinterferens og oppnår nøyaktig mønsterkartlegging fra fotomaske til silisiumwafer. Han sammenlignet det med å justere vinkelen på en lommelykt for å lyse opp speilet på den beste måten, unngå lyskollisjoner og maksimere lyseffektiviteten, og demonstrere hans ekstraordinære kreativitet og visdom.
