فناوری لیتوگرافی EUV جدید در دسترس است: دستیابی به کاهش قابل توجه هزینه و بهبود کارایی

اخیراً، پروفسور تسومورو شینتکه از دانشگاه فارغ التحصیلان انستیتوی علم و فناوری اوکیناوا (OIST) یک فناوری انقلابی لیتوگرافی فرابنفش شدید (EUV) را پیشنهاد کرد که نه تنها از مرزهای تولید نیمه هادی های موجود فراتر می رود، بلکه فصل جدیدی را در آینده نوید می دهد. صنعت

این نوآوری به طور قابل توجهی پایداری و قابلیت نگهداری را بهبود می بخشد زیرا طراحی ساده آن تنها به دو آینه و منبع نور تنها 20 وات نیاز دارد و در نتیجه کل برق مصرفی سیستم را به کمتر از 100 کیلو وات کاهش می دهد که تنها یک دهم توان مصرفی فناوری های سنتی است. (که معمولاً برای کار کردن به بیش از 1 مگاوات ({4}} کیلووات) نیاز دارند). سیستم جدید کنتراست بسیار بالایی را حفظ می کند و در عین حال جلوه سه بعدی ماسک را کاهش می دهد و به دقت نانومتری لازم برای انتقال دقیق الگوهای منطقی از ماسک های عکس به ویفرهای سیلیکونی دست می یابد.

هسته اصلی این نوآوری استفاده از منبع نور EUV فشرده تر و کارآمدتر است که به طور قابل توجهی هزینه ها را کاهش می دهد و در عین حال قابلیت اطمینان و عمر مفید تجهیزات را تا حد زیادی بهبود می بخشد. به ویژه قابل توجه این است که مصرف برق آن تنها یک دهم دستگاه های لیتوگرافی سنتی EUV است که راه را برای توسعه سبز و پایدار در صنعت نیمه هادی ها هموار می کند.

کلید این پیشرفت تکنولوژیک در حل دو مشکلی است که مدتهاست این صنعت را درگیر کرده است: یکی طراحی یک سیستم نمایش نوری مینیمالیستی و کارآمد که تنها از دو آینه با دقت پیکربندی شده تشکیل شده است. دیگری توسعه روش جدیدی است که می تواند نور EUV را به دقت به منطقه الگوی منطقی روی آینه صفحه (ماسک عکس) بدون انسداد هدایت کند و به بهینه سازی مسیر نوری بی سابقه ای دست یابد.

چالش های لیتوگرافی EUV

پردازنده هایی که هوش مصنوعی (AI) را ممکن می کنند، تراشه های کم مصرف برای دستگاه های تلفن همراه مانند تلفن های همراه، و تراشه هایی برای حافظه DRAM با چگالی بالا - همه این تراشه های نیمه هادی پیشرفته با استفاده از لیتوگرافی EUV تولید می شوند.

با این حال، تولید نیمه هادی ها با مشکلات مصرف برق بالا و پیچیدگی تجهیزات مواجه است که هزینه نصب، نگهداری و مصرف برق را به شدت افزایش می دهد. اختراع فناوری پروفسور Tsumoru Shintake پاسخی مستقیم به این چالش است و او آن را یک دستاورد بزرگ می نامد که "تقریباً به طور کامل این مشکلات پنهان را حل می کند."

سیستم‌های نوری سنتی برای دستیابی به عملکرد بهینه به آرایش متقارن لنزها و دیافراگم‌ها متکی هستند، اما ویژگی‌های خاص نور EUV - طول موج بسیار کوتاه و جذب آسان توسط مواد - باعث می‌شود این مدل دیگر قابل استفاده نباشد. نور EUV باید توسط یک آینه هلالی و زیگزاگ در یک فضای باز منعکس شود و برخی عملکرد نوری را قربانی کند. فناوری جدید OIST، از طریق یک سیستم آینه دوگانه متقارن محوری که در یک خط مستقیم چیده شده اند، نه تنها عملکرد نوری عالی را بازیابی می کند، بلکه ساختار سیستم را نیز بسیار ساده می کند.

کاهش چشمگیر مصرف برق

از آنجایی که انرژی EUV در هر بازتاب آینه تا 40% کاهش می یابد، در استاندارد صنعتی، تنها حدود 1% از انرژی منبع نور EUV از طریق 10 آینه مورد استفاده به ویفر می رسد، که به این معنی است که خروجی نور بسیار بالای EUV مورد نیاز است. برای پاسخگویی به این تقاضا، لیزر CO2 که منبع نور EUV را به حرکت در می آورد، به برق زیادی و همچنین آب خنک کننده زیادی نیاز دارد.

در مقابل، با محدود کردن تعداد آینه‌ها به مجموع تنها چهار آینه از منبع نور EUV به ویفر، می‌توان بیش از 10 درصد انرژی را منتقل کرد، به این معنی که حتی یک منبع نور کوچک EUV با ده‌ها وات می‌تواند به طور موثر کار کند. . این می تواند مصرف برق را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

غلبه بر دو چالش بزرگ

در مقایسه با استانداردهای صنعتی موجود، مدل OIST با طراحی ساده (فقط دو آینه)، نیاز به منبع نور بسیار کم (20 وات) و مصرف برق کل (کمتر از 100 کیلو وات) که کمتر از یک دهم آن است، مزایای قابل توجهی نشان داده است. از فناوری های سنتی این نوآوری نه تنها انتقال الگو را با دقت در سطح نانومتر تضمین می کند، بلکه جلوه سه بعدی ماسک را کاهش می دهد و عملکرد کلی را بهبود می بخشد.

به طور خاص، با کاهش تعداد بازتاب‌های آینه‌ای به چهار برابر، سیستم جدید بازده انتقال انرژی بیش از 10 درصد را به دست می‌آورد که به منابع نوری کوچک EUV اجازه می‌دهد تا به طور کارآمد عمل کنند و در نتیجه مصرف برق را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. این دستاورد نه تنها بار لیزرهای CO2 را کاهش می دهد، بلکه نیاز به آب خنک کننده را نیز کاهش می دهد و مفهوم حفاظت از محیط زیست را بیشتر تجسم می کند.

پروفسور Tsumoru Shintake همچنین روش نوری روشنایی "میدان دو خط" را اختراع کرد که به طور هوشمندانه مشکل تداخل مسیر نوری را حل می کند و به نقشه برداری دقیق الگو از ماسک نوری تا ویفر سیلیکونی دست می یابد. او آن را به تنظیم زاویه چراغ قوه برای روشن کردن آینه به بهترین شکل، اجتناب از برخورد نور و به حداکثر رساندن بهره وری نور تشبیه کرد و خلاقیت و خرد خارق العاده خود را نشان داد.