Nedávno profesor Tsumoru Shintake z Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) navrhl revoluční technologii extrémní ultrafialové (EUV) litografie, která nejenže přesahuje hranice stávající výroby polovodičů, ale také ohlašuje novou kapitolu v budoucnosti. průmyslu.
Tato inovace výrazně zlepšuje stabilitu a udržovatelnost, protože její zjednodušený design vyžaduje pouze dvě zrcadla a světelný zdroj o výkonu pouhých 20 W, čímž snižuje celkovou spotřebu systému na méně než 100 kW, což je pouze jedna desetina spotřeby energie tradičních technologií. (které k provozu obvykle vyžadují více než 1 MW (=1000kW)). Nový systém zachovává velmi vysoký kontrast a zároveň snižuje 3D efekt masky, čímž dosahuje přesnosti na úrovni nanometrů potřebné pro přesný přenos logických vzorů z fotomasek na křemíkové destičky.
Jádrem této inovace je použití kompaktnějšího a účinnějšího zdroje EUV světla, který výrazně snižuje náklady a zároveň výrazně zlepšuje spolehlivost a životnost zařízení. Zvláště pozoruhodné je, že jeho spotřeba energie je pouze desetina spotřeby tradičních litografických strojů EUV, což dláždí cestu zelenému a udržitelnému rozvoji v polovodičovém průmyslu.
Klíč k tomuto technologickému průlomu spočívá v řešení dvou problémů, které toto odvětví již dlouho sužují: jedním je návrh minimalistického a efektivního optického projekčního systému, který se skládá pouze ze dvou pečlivě nakonfigurovaných zrcadel; druhou je vývoj nové metody, která dokáže přesně navést EUV světlo do oblasti logického vzoru na rovinném zrcadle (fotomaska) bez překážek, čímž se dosáhne bezprecedentní optimalizace optické dráhy.
Výzvy EUV litografie
Procesory, které umožňují umělou inteligenci (AI), čipy s nízkou spotřebou pro mobilní zařízení, jako jsou mobilní telefony, a čipy pro paměti DRAM s vysokou hustotou – všechny tyto pokročilé polovodičové čipy jsou vyráběny pomocí EUV litografie.
Výroba polovodičů se však potýká s problémy vysoké spotřeby energie a složitosti zařízení, což značně zvyšuje náklady na instalaci, údržbu a spotřebu elektrické energie. Technologický vynález profesora Tsumoru Shintake je přímou odpovědí na tuto výzvu a nazývá to průlomový úspěch, který „téměř kompletně řeší tyto skryté problémy“.
Tradiční optické systémy spoléhají na symetrické uspořádání čoček a apertur k dosažení optimálního výkonu, ale speciální vlastnosti EUV světla – extrémně krátká vlnová délka a snadná absorpce materiály – činí tento model již nepoužitelným. EUV světlo se musí odrážet srpkovým zrcadlem a klikatí se v otevřeném prostoru, čímž se obětuje určitý optický výkon. Nová technologie OIST prostřednictvím osově symetrického systému se dvěma zrcadly uspořádanými v přímce nejen obnovuje vynikající optický výkon, ale také výrazně zjednodušuje strukturu systému.
Výrazné snížení spotřeby energie
Vzhledem k tomu, že EUV energie je při každém odrazu zrcadla zeslabena o 40 %, podle průmyslového standardu se do plátku přes 10 použitých zrcadel dostane pouze asi 1 % energie zdroje světla EUV, což znamená, že je vyžadován velmi vysoký světelný výkon EUV. K uspokojení tohoto požadavku vyžaduje CO2 laser, který pohání zdroj světla EUV, hodně elektřiny a také hodně chladicí vody.
Naproti tomu omezením počtu zrcadel na celkem pouze čtyři z EUV světelného zdroje na wafer lze přenést více než 10 % energie, což znamená, že i malý EUV světelný zdroj o výkonu desítek wattů může efektivně pracovat . To může výrazně snížit spotřebu energie.
Překonání dvou velkých výzev
Ve srovnání se stávajícími průmyslovými standardy prokázal model OIST významné výhody svým aerodynamickým designem (pouze dvě zrcadla), extrémně nízkými požadavky na světelný zdroj (20W) a celkovou spotřebou energie (méně než 100kW), která je méně než desetina této hodnoty. tradičních technologií. Tato inovace zajišťuje nejen přenos vzoru s přesností na úrovni nanometrů, ale také snižuje 3D efekt masky a zlepšuje celkový výkon.
Zejména snížením počtu zrcadlových odrazů na čtyřnásobek dosahuje nový systém účinnosti přenosu energie více než 10 %, což umožňuje efektivní provoz i malých zdrojů EUV světla, čímž se výrazně snižuje spotřeba energie. Tento úspěch nejen snižuje zátěž CO2 laserů, ale také snižuje potřebu chladicí vody, což dále ztělesňuje koncept ochrany životního prostředí.
Profesor Tsumoru Shintake také vynalezl optickou metodu osvětlení "dual-line field", která chytře řeší problém interference optické dráhy a dosahuje přesného mapování vzoru od fotomasky po křemíkový plátek. Přirovnal to k nastavení úhlu baterky tak, aby bylo zrcadlo co nejlépe osvětleno, aby se zabránilo kolizím světla a maximalizovala se účinnost osvětlení, což prokázalo svou mimořádnou kreativitu a moudrost.
