日本科学家发明大道至简的EUV光刻技术

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日本科学家开发出简化的EUV扫描仪,可以使芯片的生产成本大大降低,将为7nm及以下先进半导体做出贡献。

冲绳科学技术大学院大学(OIST)的 Tsumoru Shintake 教授提出了一种超越半导体制造标准的极紫外 (EUV) 光刻技术,这是一种全新且大大简化的EUV光刻工具,比ASML开发和制造的工具更便宜。

如果该设备进入大规模生产,它可能会重塑芯片制造设备行业,甚至整个半导体行业。

Shintake 教授的团队解决了 EUV 光刻中的两大挑战:防止光学像差和确保高效的光传输。

新系统在其光学投影设置中仅使用两个反射镜,这与传统的六反射镜配置有很大不同。新的光路允许超过10%的初始EUV能量到达晶圆,而标准设置中只有约1%,这是一项重大突破。

这种极简设计的关键优势之一是它提高了可靠性并降低了维护复杂性。

这种 EUV 光刻工具设计的另一个优势是其功耗大幅降低:
得益于优化的光路,该系统仅使用 20W 的 EUV 光源运行,总功耗不到 100kW。相比之下,传统的 EUV 光刻系统通常需要超过 1MW 的功率。由于功耗较低,新的光刻系统不需要复杂且昂贵的冷却系统。

新系统的性能已通过光学模拟软件进行了严格验证,证实了其生产先进半导体的能力。该技术的潜力已促使 OIST 申请专利,表明其已准备好进行商业部署。

OIST 致力于进一步改进其 EUV 工具设计,旨在将其投入实际应用。该研究所认为这项创新是解决全球挑战的重要一步,例如影响环境的芯片生产成本和半导体工厂的功耗。

背景知识:
在传统光学系统中,例如照相机、望远镜和传统的紫外线光刻技术,光圈和透镜等光学元件以轴对称(关于中心轴对称)的方式排列在一条直线上。这种配置可确保最高的光学性能,同时将光学像差降至最低,从而实现高质量的图像。

然而,这种方法并不适用于 EUV 射线,因为它们的波长极短,会被大多数材料吸收,这意味着它们无法穿过透明透镜。

因此,EUV 光使用月牙形镜子引导,这些镜子将光线沿光路以之字形穿过开放空间。然而,由于这种方法会导致光线偏离中心轴,因此会牺牲重要的光学特性并降低系统的整体性能。

为了解决这个问题,这种新的光刻技术通过将两个具有微小中心孔的轴对称镜子排列在一条直线上来实现其卓越的光学特性。

如果你一手拿着两个手电筒,并以相同的角度将它们斜对着你面前的镜子,那么一个手电筒发出的光线将始终照射到另一个手电筒上,这在光刻中是不可接受的。但是,如果你向外移动手电筒而不改变手电筒的角度,直到中间从两侧完全照亮,光线就可以反射而不会与来自对面手电筒的光线相撞。

这就像哥伦布的蛋,乍一看似乎是不可能的,但一旦解决,它就变得非常简单。