Am 2. August schlug Tsumoru Shintake, Professor an der Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), eine Lithographietechnologie für extremes Ultraviolett (EUV) vor. Die auf diesem Design basierende EUV-Lithographietechnologie kann mit kleineren EUV-Lichtquellen arbeiten, wodurch die Kosten gesenkt und die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Maschine deutlich verbessert werden. Der Stromverbrauch beträgt weniger als ein Zehntel des Stromverbrauchs herkömmlicher EUV-Lithographiemaschinen, was der Halbleiterindustrie hilft, ökologisch nachhaltiger zu werden.
Es versteht sich, dass diese Technologie einen Durchbruch erzielen kann, da sie zwei Probleme löst, die in diesem Bereich bisher als unüberwindbar galten. Das erste ist ein neues optisches Projektionssystem, das nur aus zwei Spiegeln besteht. Die zweite Methode ist eine neue Methode, EUV-Licht effizient direkt auf ein logisches Muster auf einem flachen Spiegel (Fotomaske) zu richten, ohne den optischen Weg zu blockieren.
Die Herstellung fortschrittlicher Halbleiterchips für künstliche Intelligenz (KI), Chips mit geringem Stromverbrauch für mobile Geräte wie Mobiltelefone und DRAM-Speicher mit hoher Dichte, die für den täglichen Gebrauch erforderlich sind, basiert auf der EUV-Lithographie. Zu den Herausforderungen bei der Halbleiterproduktion gehören jedoch ein hoher Stromverbrauch und eine komplexe Ausrüstung, was die Kosten für Installation, Wartung und Stromverbrauch erheblich erhöht. Wie Professor Hsinchu sagte: „Diese Erfindung ist eine bahnbrechende Technologie, die diese wenig bekannten Probleme fast vollständig lösen kann.“
Herkömmliche optische Systeme wie Kameras, Teleskope und herkömmliche UV-Lithographie verfügen über optische Elemente (wie Blenden und Linsen), die axialsymmetrisch entlang einer Mittelachse angeordnet sind, was höchste optische Leistung und minimierte optische Aberrationen gewährleistet. Dies gilt jedoch nicht für EUV-Strahlen, da diese extrem kurze Wellenlängen haben, von den meisten Materialien absorbiert werden und nicht durch transparente Linsen übertragen werden können. Daher wird EUV-Licht von halbmondförmigen Spiegeln reflektiert, die das Licht in einem Zickzackmuster im offenen Raum entlang des Strahlengangs reflektieren. Dieser Ansatz verschiebt jedoch das Licht von der Mittelachse weg, wodurch wichtige optische Eigenschaften verloren gehen und die Gesamtleistung des Systems verringert wird.
Die neue Technologie erzielt überlegene optische Eigenschaften durch die Ausrichtung zweier achsensymmetrischer Spiegel mit winzigen zentralen Löchern.
Aufgrund der hohen Absorptionsfähigkeit von EUV-Licht wird die Energie bei jeder Reflexion durch einen Spiegel um 40 % reduziert. Im Industriestandard gelangt nur etwa 1 % der Energie der EUV-Lichtquelle durch die 10 verwendeten Spiegel auf den Wafer, wodurch eine sehr hohe Leistung der EUV-Lichtquelle erforderlich ist. Im Vergleich dazu können durch die Begrenzung der Gesamtzahl der Spiegel von der EUV-Quelle zum Wafer auf vier mehr als 10 % der Energie übertragen werden, was bedeutet, dass selbst kleine EUV-Quellen mit einer Leistung von mehreren zehn Watt gleichermaßen effizient arbeiten können, was den Stromverbrauch erheblich reduzieren kann.
Der Kernprojektor der EUV-Lithographie, der das Bild von der Fotomaske auf den Siliziumwafer überträgt, besteht ähnlich einem astronomischen Teleskop aus nur zwei reflektierenden Spiegeln. Diese Konfiguration ist sehr einfach, da herkömmliche Projektoren mindestens sechs reflektierende Spiegel benötigen. Dies wird durch ein sorgfältiges Überdenken der Aberrationskorrekturtheorie der Optik erreicht.
Professor Jun Hsinchu löste das Problem, indem er eine neue optische Beleuchtungsmethode namens „Double Line Field“ entwickelte, die EUV-Licht von vorne auf eine Planspiegel-Fotomaske strahlt, ohne den Lichtweg zu stören.
Das Okinawa Institute of Science and Technology hat ein Patent für diese Technologie angemeldet und wird sie voraussichtlich durch Demonstrationsexperimente in die Praxis umsetzen. Es wird erwartet, dass der weltweite EUV-Lithografiemarkt von 8,9 Milliarden US-Dollar im Jahr 2024 auf 17,4 Milliarden US-Dollar im Jahr 2030 wachsen wird, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 12 %, und dieses Patent wird voraussichtlich enorme wirtschaftliche Vorteile bringen.