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近日，來自沖繩科學技術大學院大學(OIST)的Tsumoru Shintake教授提出了一項革命性的極紫外(EUV)光刻技術，該技術不僅超越了現有半導體制造的界限，更預示著行業未來的新篇章。
這一創新顯著提高了穩定性和可維護性，因為其簡化設計只需兩個鏡子，光源僅需20W，從而將系統的總功耗減少到不到100kW，僅為傳統技術(通常需要超過1MW(=1000kW)運行)功耗的十分之一。新系統保持了非常高的對比度，同時減少了掩模3D效應，實現了從光掩模到硅片準確傳輸邏輯圖案所需的納米級精度。
這項創新的核心在于采用更為緊湊高效的EUV光源，顯著降低了成本，同時極大地提升了設備的可靠性和使用壽命。尤為引人注目的是，其電力消耗僅為傳統EUV光刻機的十分之一，為半導體行業的綠色可持續發展鋪平了道路。
這種技術突破，關鍵在于解決了兩個長期困擾業界的難題：一是設計了一種極簡而高效的光學投影系統，該系統僅由兩個精心配置的鏡子構成；二是開發了一種新方法，能夠無阻礙地將EUV光精準引導至平面鏡(光掩模)上的邏輯圖案區域，實現了前所未有的光路優化。
EUV光刻面臨的挑戰
使人工智能(AI)成為可能的處理器、用于手機等移動設備的低功耗芯片以及用于高密度DRAM存儲器的芯片——所有這些先進的半導體芯片都采用EUV光刻技術制造。
然而，半導體的生產面臨高功耗和設備復雜性的問題，這大大增加了安裝、維護和電力消耗的成本。而Tsumoru Shintake教授的技術發明，正是對這一挑戰的直接回應，他稱之為“幾乎徹底解決了這些隱蔽難題”的突破性成果。
傳統光學系統依賴透鏡與光圈的對稱排列以實現最佳性能，但EUV光的特殊性——極短波長與易被材料吸收——使得這一模式不再適用。EUV光需通過新月形鏡反射，在開放空間中曲折前行，犧牲了部分光學性能。而OIST的新技術，通過直線排列的軸對稱雙鏡系統，不僅恢復了卓越的光學性能，還大幅簡化了系統結構。
功耗顯著減少
由于EUV能量在每次鏡面反射時會削弱40%，在行業標準中，只有約1%的EUV光源能量通過使用的10個鏡子到達晶圓，這意味著需要非常高的EUV光輸出。為了滿足這一需求，驅動EUV光源的CO2激光器需要大量電力，以及大量冷卻水。
相比之下，通過將鏡子的數量限制為從EUV光源到晶圓總共僅四個，超過10%的能量可以傳遞，從而意味著即使是幾十瓦的小EUV光源也能有效工作。這可以顯著減少電力消耗。
克服兩大挑戰
與現有行業標準相比，OIST模型以其精簡的設計(僅兩個鏡子)、極低的光源需求(20W)及不到傳統技術十分之一的總功耗(低于100kW)，展現了顯著的優勢。這一創新不僅確保了納米級精度的圖案傳輸，還減少了掩模的3D效應，提升了整體性能。
尤為值得一提的是，通過減少鏡面反射次數至四次，新系統實現了超過10%的能量傳遞效率，即便是小型EUV光源也能高效運作，從而大幅降低了電力消耗。這一成就不僅減輕了CO2激光器的負擔，還減少了冷卻水的需求，進一步體現了環保理念。
Tsumoru Shintake教授還獨創了“雙線場”照明光學方法，巧妙解決了光路干擾問題，實現了從光掩模到硅片的精準圖案映射。他比喻道，這如同調整手電筒的角度，以最佳方式照亮鏡子，既避免了光線碰撞，又最大化了照明效率，展現了其非凡的創造力與智慧。
浙公網安備 33010602000006號
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