新型EUV光刻技术面世：实现大幅“降本增效”
- 来源：OFweek激光网
- 2024/8/8 17:22:08
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近日，来自冲绳科学技术大学院大学(OIST)的Tsumoru Shintake教授提出了一项革命性的极紫外(EUV)光刻技术，该技术不仅超越了现有半导体制造的界限，更预示着行业未来的新篇章。
这一创新显著提高了稳定性和可维护性，因为其简化设计只需两个镜子，光源仅需20W，从而将系统的总功耗减少到不到100kW，仅为传统技术(通常需要超过1MW(=1000kW)运行)功耗的十分之一。新系统保持了非常高的对比度，同时减少了掩模3D效应，实现了从光掩模到硅片准确传输逻辑图案所需的纳米级精度。
这项创新的核心在于采用更为紧凑高效的EUV光源，显著降低了成本，同时极大地提升了设备的可靠性和使用寿命。尤为引人注目的是，其电力消耗仅为传统EUV光刻机的十分之一，为半导体行业的绿色可持续发展铺平了道路。
这种技术突破，关键在于解决了两个长期困扰业界的难题：一是设计了一种极简而高效的光学投影系统，该系统仅由两个精心配置的镜子构成；二是开发了一种新方法，能够无阻碍地将EUV光精准引导至平面镜(光掩模)上的逻辑图案区域，实现了前所未有的光路优化。
EUV光刻面临的挑战
使人工智能(AI)成为可能的处理器、用于手机等移动设备的低功耗芯片以及用于高密度DRAM存储器的芯片——所有这些先进的半导体芯片都采用EUV光刻技术制造。
然而，半导体的生产面临高功耗和设备复杂性的问题，这大大增加了安装、维护和电力消耗的成本。而Tsumoru Shintake教授的技术发明，正是对这一挑战的直接回应，他称之为“几乎彻底解决了这些隐蔽难题”的突破性成果。
传统光学系统依赖透镜与光圈的对称排列以实现最佳性能，但EUV光的特殊性——极短波长与易被材料吸收——使得这一模式不再适用。EUV光需通过新月形镜反射，在开放空间中曲折前行，牺牲了部分光学性能。而OIST的新技术，通过直线排列的轴对称双镜系统，不仅恢复了卓越的光学性能，还大幅简化了系统结构。
功耗显著减少
由于EUV能量在每次镜面反射时会削弱40%，在行业标准中，只有约1%的EUV光源能量通过使用的10个镜子到达晶圆，这意味着需要非常高的EUV光输出。为了满足这一需求，驱动EUV光源的CO2激光器需要大量电力，以及大量冷却水。
相比之下，通过将镜子的数量限制为从EUV光源到晶圆总共仅四个，超过10%的能量可以传递，从而意味着即使是几十瓦的小EUV光源也能有效工作。这可以显著减少电力消耗。
克服两大挑战
与现有行业标准相比，OIST模型以其精简的设计(仅两个镜子)、极低的光源需求(20W)及不到传统技术十分之一的总功耗(低于100kW)，展现了显著的优势。这一创新不仅确保了纳米级精度的图案传输，还减少了掩模的3D效应，提升了整体性能。
尤为值得一提的是，通过减少镜面反射次数至四次，新系统实现了超过10%的能量传递效率，即便是小型EUV光源也能高效运作，从而大幅降低了电力消耗。这一成就不仅减轻了CO2激光器的负担，还减少了冷却水的需求，进一步体现了环保理念。
Tsumoru Shintake教授还独创了“双线场”照明光学方法，巧妙解决了光路干扰问题，实现了从光掩模到硅片的精准图案映射。他比喻道，这如同调整手电筒的角度，以最佳方式照亮镜子，既避免了光线碰撞，又最大化了照明效率，展现了其非凡的创造力与智慧。
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