Hiljuti pakkus professor Tsumoru Shintake Okinawa teaduse ja tehnoloogia instituudi kraadiõppe ülikoolist (OIST) välja revolutsioonilise äärmusliku ultraviolettkiirguse (EUV) litograafiatehnoloogia, mis mitte ainult ei ületa olemasoleva pooljuhtide tootmise piire, vaid kuulutab ka uut peatükki tulevikus. tööstusele.
See uuendus parandab oluliselt stabiilsust ja hooldatavust, kuna selle lihtsustatud konstruktsioon nõuab ainult kahte peeglit ja ainult 20 W valgusallikat, vähendades seeläbi süsteemi koguenergiatarbimist alla 100 kW, mis on vaid kümnendik traditsiooniliste tehnoloogiate energiatarbimisest. (mille tööks on tavaliselt vaja rohkem kui 1 MW (=1000 kW)). Uus süsteem säilitab väga suure kontrasti, vähendades samal ajal maski 3D-efekti, saavutades nanomeetri tasemel täpsuse, mis on vajalik loogiliste mustrite täpseks ülekandmiseks fotomaskidelt räniplaatidele.
Selle uuenduse tuumaks on kompaktsema ja tõhusama EUV valgusallika kasutamine, mis vähendab oluliselt kulusid, parandades samal ajal oluliselt seadmete töökindlust ja kasutusiga. Eriti silmatorkav on see, et selle energiatarve on vaid kümnendik traditsiooniliste EUV litograafiamasinate omast, sillutades teed pooljuhtide tööstuse rohelisele ja säästvale arengule.
Selle tehnoloogilise läbimurde võti seisneb kahe tööstust pikka aega vaevanud probleemi lahendamises: üks on minimalistliku ja tõhusa optilise projektsioonisüsteemi disain, mis koosneb vaid kahest hoolikalt konfigureeritud peeglist; teine on uue meetodi väljatöötamine, mis suudab täpselt juhtida EUV valgust tasapinnapeegli (fotomaski) loogilise mustri alale ilma takistusteta, saavutades enneolematu optilise tee optimeerimise.
EUV litograafia väljakutsed
Protsessorid, mis teevad tehisintellekti (AI) võimalikuks, väikese võimsusega kiibid mobiilseadmetele, nagu mobiiltelefonid, ja kiibid suure tihedusega DRAM-mälu jaoks – kõik need täiustatud pooljuhtkiibid on toodetud EUV litograafia abil.
Pooljuhtide tootmisel seisavad aga silmitsi suure energiatarbimise ja seadmete keerukuse probleemidega, mis suurendab oluliselt paigaldus-, hooldus- ja elektritarbimist. Professor Tsumoru Shintake tehnoloogiline leiutis on otsene vastus sellele väljakutsele ja ta nimetab seda läbimurdeliseks saavutuseks, mis "peaaegu täielikult lahendab need varjatud probleemid".
Traditsioonilised optilised süsteemid tuginevad optimaalse jõudluse saavutamiseks läätsede ja avade sümmeetrilisele paigutusele, kuid EUV valguse eriomadused – ülilühike lainepikkus ja lihtne materjalide neeldumine – muudavad selle mudeli enam mittekasutatavaks. EUV valgus peab peegelduma poolkuu peeglilt ja siksakiliselt avatud ruumis, ohverdades mõningast optilist jõudlust. OIST-i uus tehnoloogia teljesümmeetrilise kahepeeglisüsteemi kaudu, mis on paigutatud sirgjooneliselt, mitte ainult ei taasta suurepärase optilise jõudluse, vaid lihtsustab oluliselt ka süsteemi struktuuri.
Energiatarbimise märkimisväärne vähenemine
Kuna EUV energia sumbub iga peegli peegelduse korral 40%, siis tööstusstandardi järgi jõuab 10 kasutatud peegli kaudu vahvlile vaid umbes 1% EUV valgusallika energiast, mis tähendab, et on vaja väga suurt EUV valgusvõimsust. Selle nõudluse rahuldamiseks vajab EUV valgusallikat käitav CO2 laser palju elektrit ja ka palju jahutusvett.
Seevastu peeglite arvu piiramine kuni neljani EUV valgusallikast vahvlile, saab üle 10% energiast üle kanda, mis tähendab, et isegi väike, kümnete vattide EUV valgusallikas võib tõhusalt töötada. . See võib oluliselt vähendada energiatarbimist.
Kahe suure väljakutse ületamine
Võrreldes olemasolevate tööstusstandarditega on OIST mudelil olnud märkimisväärsed eelised selle voolujoonelise disaini (ainult kaks peeglit), ülimadala valgusallika vajaduse (20 W) ja koguenergiatarbimisega (alla 100 kW), mis on vähem kui kümnendik sellest. traditsioonilistest tehnoloogiatest. See uuendus mitte ainult ei taga mustri ülekandmist nanomeetri täpsusega, vaid vähendab ka maski 3D-efekti, parandades üldist jõudlust.
Eelkõige, vähendades peegli peegelduste arvu neljakordseks, saavutab uus süsteem energiaülekande efektiivsuse üle 10%, võimaldades isegi väikestel EUV valgusallikatel tõhusalt töötada, vähendades seeläbi oluliselt energiatarbimist. See saavutus mitte ainult ei vähenda CO2 laserite koormust, vaid vähendab ka vajadust jahutusvee järele, kehastades veelgi keskkonnakaitse kontseptsiooni.
Professor Tsumoru Shintake leiutas ka "kaherealise välja" valgustuse optilise meetodi, mis lahendab nutikalt optilise tee häirete probleemi ja saavutab täpse mustrite kaardistamise fotomaskist räniplaadini. Ta võrdles seda taskulambi nurga reguleerimisega, et valgustada peeglit parimal viisil, vältides kergeid kokkupõrkeid ja maksimeerides valgustuse tõhusust, demonstreerides oma erakordset loovust ja tarkust.
