
8月2日,沖繩科學技術大學院大學(OIST)的教授新竹俊(Tsumoru Shintake)提出了一種極紫外(EUV)光刻技術。基于這種設計的EUV光刻技術可以使用更小的EUV光源工作,從而降低成本,顯著提高機器的可靠性和使用壽命。而在消耗電量上不到傳統EUV光刻機的十分之一,有助于半導體行業變得更加環境可持續。
據了解,該技術能取得突破,是因為它解決了該領域之前被認為無法克服的兩個問題。第一個是僅由兩個鏡子組成的新型光學投影系統。第二個是高效地將EUV光直接照射到平面鏡(光掩模)上的邏輯圖案上的新方法,而不會阻擋光學路徑。
制造用于人工智能(AI)、移動設備(如手機)的低功耗芯片,以及日常必需的高密度DRAM存儲器的先進半導體芯片,都依賴于EUV光刻技術。但是,半導體生產面臨的挑戰包括高功耗和設備的復雜性,這顯著增加了安裝、維護和電力消耗的成本。正如新竹教授所說,“這項發明是一項突破性技術,幾乎可以完全解決這些鮮為人知的問題。”
傳統的光學系統,如相機、望遠鏡和常規的紫外線光刻,其光學元件(如光圈和鏡頭)是沿中心軸軸對稱排列的,這確保了最高的光學性能和最小化的光學像差。然而,這并不適用于EUV射線,因為它們波長極短,被大多數材料吸收,無法通過透明鏡頭傳播。因此,EUV光是通過新月形的鏡子反射的,這些鏡子沿光路在開放空間中以之字形反射光線。但是,這種方法使光線偏離中心軸,犧牲了重要的光學特性,降低了系統的整體性能。
這項新技術通過將兩個具有微小中心孔的軸對稱鏡子對齊成一直線,實現了優越的光學特性。

由于EUV光的高吸收性,每次通過鏡子反射時能量會減弱40%。在行業標準中,只有大約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光源輸出。相比之下,通過將從EUV源到晶圓的鏡子總數限制為四個,超過10%的能量可以傳遞,這意味著即使是輸出幾十瓦的小EUV源也可以同樣有效工作,這可以顯著降低電力使用。
EUV光刻的核心投影儀,將光掩模上的圖像轉移到硅晶圓上,只由兩個反射鏡子組成,類似于天文望遠鏡。這種配置非常簡單,因為傳統投影儀至少需要六個反射鏡子。這是通過仔細重新思考光學的像差校正理論實現的。
新竹俊教授通過設計一種名為“雙線場”的新照明光學方法解決了問題,該方法從正面照射EUV光到平面鏡光掩模上,而不干擾光路。

沖繩科學技術大學院大學已經為這項技術申請了專利,預計將通過演示實驗投入實際使用。預計全球EUV光刻市場將從2024年的89億美元增長到2030年的174億美元,年均增長率12%,而這項專利有望產生巨大的經濟效益。
