לאחרונה, פרופסור צומורו שינטייק מאוניברסיטת אוקינאווה למדע וטכנולוגיה (OIST) הציע טכנולוגיית ליטוגרפיה אולטרה סגולה מהפכנית (EUV) מהפכנית שלא רק חורגת מגבולות ייצור המוליכים למחצה הקיים, אלא גם מבשרת פרק חדש בעתיד של את התעשייה.
חידוש זה משפר משמעותית את היציבות והתחזוקה מכיוון שהעיצוב הפשוט שלו דורש רק שתי מראות ומקור אור של 20W בלבד, ובכך מפחית את צריכת החשמל הכוללת של המערכת לפחות מ-100kW, שהיא רק עשירית מצריכת החשמל של טכנולוגיות מסורתיות. (שלרוב דורשים יותר מ-1MW (=1000kW) כדי לפעול). המערכת החדשה שומרת על ניגודיות גבוהה מאוד תוך הפחתת אפקט התלת-ממד של המסכה, ומשיגה את הדיוק ברמת הננומטר הנדרש להעברה מדויקת של דפוסי לוגיקה מ-photomasks לפרוסות סיליקון.
הליבה של חדשנות זו היא שימוש במקור אור EUV קומפקטי ויעיל יותר, אשר מוזיל משמעותית עלויות תוך שיפור ניכר באמינות וחיי השירות של הציוד. בולט במיוחד הוא שצריכת החשמל שלו היא רק עשירית מזו של מכונות הליטוגרפיה המסורתיות של EUV, מה שסוללת את הדרך לפיתוח ירוק ובר-קיימא בתעשיית המוליכים למחצה.
המפתח לפריצת דרך טכנולוגית זו טמון בפתרון שתי בעיות שמטרידות את התעשייה זה מכבר: האחת היא תכנון של מערכת הקרנה אופטית מינימליסטית ויעילה המורכבת משתי מראות שהוגדרו בקפידה בלבד; השני הוא פיתוח של שיטה חדשה שיכולה להנחות במדויק אור EUV לאזור הדפוס הלוגי במראה המישורית (פוטומסק) ללא חסימה, ולהשיג אופטימיזציה חסרת תקדים של נתיב אופטי.
אתגרי הליטוגרפיה של EUV
מעבדים שמאפשרים בינה מלאכותית (AI), שבבים בעלי הספק נמוך למכשירים ניידים כמו טלפונים ניידים, ושבבים לזיכרון DRAM בצפיפות גבוהה - כל שבבי המוליכים למחצה המתקדמים הללו מיוצרים באמצעות ליטוגרפיה EUV.
עם זאת, ייצור מוליכים למחצה מתמודד עם בעיות של צריכת חשמל גבוהה ומורכבות ציוד, מה שמייקר מאוד את עלות ההתקנה, התחזוקה וצריכת החשמל. ההמצאה הטכנולוגית של פרופסור צומורו שינטייק היא תגובה ישירה לאתגר הזה, והוא מכנה זאת הישג פורץ דרך ש"פותר כמעט לחלוטין את הבעיות הנסתרות הללו".
מערכות אופטיות מסורתיות מסתמכות על הסידור הסימטרי של עדשות וצמצמים כדי להשיג ביצועים אופטימליים, אך המאפיינים המיוחדים של אור EUV - אורך גל קצר במיוחד וקליטה קלה על ידי חומרים - הופכים את הדגם הזה לא ישים יותר. אור EUV צריך להיות מוחזר על ידי מראה חצי סהר וזיגזגים בחלל פתוח, להקריב כמה ביצועים אופטיים. הטכנולוגיה החדשה של OIST, באמצעות מערכת מראה כפולה אקסימטרית המסודרת בקו ישר, לא רק משחזרת ביצועים אופטיים מצוינים, אלא גם מפשטת מאוד את מבנה המערכת.
הפחתה משמעותית בצריכת החשמל
מכיוון שאנרגיית EUV מוחלשת ב-40% בכל השתקפות מראה, בתקן התעשייה, רק כ-1% מאנרגיית מקור האור של EUV מגיעה לפרוסה דרך 10 המראות המשמשות, מה שאומר שנדרשת תפוקת אור EUV גבוהה מאוד. כדי לענות על דרישה זו, לייזר CO2 המניע את מקור האור EUV דורש הרבה חשמל, כמו גם הרבה מי קירור.
לעומת זאת, על ידי הגבלת מספר המראות לסך של ארבע בלבד ממקור האור EUV אל הפרוסה, ניתן להעביר יותר מ-10% מהאנרגיה, כלומר אפילו מקור אור EUV קטן של עשרות וואט יכול לעבוד ביעילות . זה יכול להפחית משמעותית את צריכת החשמל.
התגברות על שני אתגרים מרכזיים
בהשוואה לתקני התעשייה הקיימים, דגם ה-OIST הראה יתרונות משמעותיים עם עיצוב יעיל (רק שתי מראות), דרישות מקור אור נמוכות במיוחד (20W) וצריכת חשמל כוללת (פחות מ-100kW) שהיא פחות מעשירית מזה. של טכנולוגיות מסורתיות. חידוש זה לא רק מבטיח העברת דפוסים עם דיוק ברמת ננומטר, אלא גם מפחית את אפקט התלת-ממד של המסכה, ומשפר את הביצועים הכוללים.
בפרט, על ידי הפחתת מספר השתקפויות המראה לפי ארבע, המערכת החדשה משיגה יעילות העברת אנרגיה של יותר מ-10%, מה שמאפשר אפילו למקורות אור EUV קטנים לפעול ביעילות, ובכך להפחית משמעותית את צריכת החשמל. הישג זה לא רק מפחית את העומס על לייזר CO2, אלא גם מקטין את הצורך במי קירור, המגלם עוד יותר את הרעיון של הגנה על הסביבה.
פרופסור Tsumoru Shintake גם המציא את שיטת ההארה האופטית "שדה דו-קו", הפותרת בחוכמה את בעיית הפרעות הנתיב האופטי ומשיגה מיפוי דפוס מדויק מפוטומסק ועד פרוסות סיליקון. הוא השווה את זה לכיוונון זווית של פנס כדי להאיר את המראה בצורה הטובה ביותר, הימנעות מהתנגשויות אור ומקסום יעילות התאורה, והפגין את היצירתיות והחוכמה יוצאת הדופן שלו.
