Äskettäin professori Tsumoru Shintake Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University -yliopistosta (OIST) ehdotti vallankumouksellista äärimmäisen ultraviolettisäteilyn (EUV) litografiateknologiaa, joka ei vain ylitä nykyisen puolijohdevalmistuksen rajoja, vaan myös ennakoi uuden luvun tulevaisuuden. teollisuus.
Tämä innovaatio parantaa merkittävästi vakautta ja huollettavuutta, koska sen yksinkertaistettu rakenne vaatii vain kaksi peiliä ja vain 20 W valonlähteen, mikä vähentää järjestelmän kokonaisvirrankulutusta alle 100 kW:iin, mikä on vain kymmenesosa perinteisten teknologioiden virrankulutuksesta. (jotka vaativat yleensä yli 1 MW (=1000kW) toimiakseen). Uusi järjestelmä säilyttää erittäin korkean kontrastin vähentäen samalla maskin 3D-tehostetta, mikä saavuttaa nanometritason tarkkuuden, joka tarvitaan loogisten kuvioiden tarkkaan siirtoon valonaamioista piikiekoihin.
Tämän innovaation ydin on kompaktimman ja tehokkaamman EUV-valonlähteen käyttö, joka vähentää merkittävästi kustannuksia ja parantaa huomattavasti laitteiden luotettavuutta ja käyttöikää. Erityisen silmiinpistävää on, että sen virrankulutus on vain kymmenesosa perinteisten EUV-litografiakoneiden virrankulutuksesta, mikä tasoittaa tietä vihreälle ja kestävälle kehitykselle puolijohdeteollisuudessa.
Avain tähän teknologiseen läpimurtoon on kahden alaa pitkään vaivanneen ongelman ratkaisemisessa: toinen on minimalistisen ja tehokkaan optisen projektiojärjestelmän suunnittelu, joka koostuu vain kahdesta huolellisesti konfiguroidusta peilistä; Toinen on uuden menetelmän kehittäminen, joka voi ohjata EUV-valoa tarkasti tasopeilin (fotomaskin) loogiseen kuvioalueeseen ilman esteitä, mikä saavuttaa ennennäkemättömän optisen polun optimoinnin.
EUV Litografian haasteet
Prosessorit, jotka mahdollistavat tekoälyn (AI), pienitehoiset sirut mobiililaitteisiin, kuten matkapuhelimiin, ja sirut tiheää DRAM-muistia varten – kaikki nämä edistyneet puolijohdesirut valmistetaan EUV-litografialla.
Puolijohteiden tuotannossa on kuitenkin ongelmia korkean virrankulutuksen ja laitteiden monimutkaisuuden kanssa, mikä lisää huomattavasti asennus-, ylläpito- ja sähkönkulutusta. Professori Tsumoru Shintaken teknologiakeksintö on suora vastaus tähän haasteeseen, ja hän kutsuu sitä läpimurto saavutukseksi, joka "ratkaisee melkein täydellisesti nämä piilotetut ongelmat".
Perinteiset optiset järjestelmät luottavat linssien ja aukkojen symmetriseen järjestelyyn optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi, mutta EUV-valon erityisominaisuudet - erittäin lyhyt aallonpituus ja materiaalien helppo absorptio - tekevät tästä mallista enää käyttökelvottoman. EUV-valo on heijastuva puolikuupeilillä ja siksakilla avoimessa tilassa, mikä uhraa jonkin verran optista suorituskykyä. Uusi OIST-tekniikka suoraviivaisesti järjestetyn aksisymmetrisen kaksoispeilijärjestelmän kautta palauttaa erinomaisen optisen suorituskyvyn, mutta myös yksinkertaistaa huomattavasti järjestelmän rakennetta.
Merkittävä vähennys virrankulutuksessa
Koska EUV-energia vaimenee 40 % jokaisella peiliheijastuksella, teollisuusstandardissa vain noin 1 % EUV-valonlähteen energiasta saavuttaa kiekon 10 käytetyn peilin kautta, mikä tarkoittaa, että vaaditaan erittäin korkea EUV-valoteho. EUV-valonlähdettä ohjaava CO2-laser vaatii tämän vaatimuksen täyttämiseksi paljon sähköä sekä paljon jäähdytysvettä.
Sitä vastoin rajoittamalla peilien lukumäärä yhteensä vain neljään EUV-valonlähteestä kiekolle, yli 10 % energiasta voidaan siirtää, mikä tarkoittaa, että jopa pieni, kymmenien wattien EUV-valonlähde voi toimia tehokkaasti. . Tämä voi vähentää merkittävästi virrankulutusta.
Voittaa kaksi suurta haastetta
Verrattuna olemassa oleviin alan standardeihin OIST-malli on osoittanut merkittäviä etuja sen virtaviivaisen suunnittelun (vain kaksi peiliä), erittäin alhaisen valonlähteen vaatimuksen (20 W) ja kokonaisvirrankulutuksen (alle 100 kW) ansiosta, joka on alle kymmenesosa tästä. perinteisistä teknologioista. Tämä innovaatio ei ainoastaan takaa kuvioiden siirtoa nanometrin tarkkuudella, vaan myös vähentää maskin 3D-vaikutusta, mikä parantaa yleistä suorituskykyä.
Erityisesti vähentämällä peiliheijastusten määrää neljään kertaan, uusi järjestelmä saavuttaa yli 10 %:n energiansiirtohyötysuhteen, jolloin pienetkin EUV-valonlähteet voivat toimia tehokkaasti, mikä vähentää merkittävästi virrankulutusta. Tämä saavutus ei ainoastaan vähennä CO2-laserien taakkaa, vaan myös vähentää jäähdytysveden tarvetta, mikä ilmentää entisestään ympäristönsuojelun käsitettä.
Professori Tsumoru Shintake keksi myös "kaksilinjaisen kentän" valaistusoptisen menetelmän, joka ratkaisee taitavasti optisen polun interferenssin ongelman ja mahdollistaa tarkan kuvion kartoituksen valonaamiosta piikiekkoon. Hän vertasi sitä taskulampun kulman säätämiseen valaisemaan peiliä parhaalla mahdollisella tavalla, välttäen valon törmäykset ja maksimoimaan valaistuksen tehokkuuden, mikä osoittaa hänen poikkeuksellista luovuuttaan ja viisauttaan.
