Новый прорыв в конструкции оптического тракта EUV с высокой NA в Японии: стоимость литографического оборудования может снизиться на 75%

Репортаж от Wedoany，Данная схема позволяет устранить сложный оптический эффект 3D-маски, повысить разрешение литографии и производить чипы меньшего размера с более низкими затратами.

От центров обработки данных, поддерживающих новое поколение искусственного интеллекта, до критически важного медицинского оборудования, автомобилей, мобильных устройств и компьютеров — полупроводниковые чипы являются незаменимым ядром современной жизни.

С развитием технологий и постоянным ростом требований к энергопотреблению ученые стремятся к созданию чипов меньшего размера, что требует прецизионного проектирования схем на уровне единиц нанометров. Такие технологии, как экстремальная ультрафиолетовая (EUV) литография, открывают новые пути для создания миниатюрных чипов, однако сталкиваются с огромными физическими, инженерными и стоимостными проблемами, ограничивающими их внедрение и массовое производство на данном этапе.

Профессор Цумору Синтаке из Университета последипломного образования Окинавы (OIST) опубликовал исследование в Journal of Micro/Nanopatterning, Materials, and Metrology, в котором предложил революционную реконструкцию системы освещения и проекционного объектива, используемых в высокоапертурной (высокая NA) EUV-литографии. Результаты моделирования показывают, что данная схема способна устранить сложный оптический эффект 3D-маски, повысить разрешение литографии и производить чипы меньшего размера с более низкими затратами по сравнению с существующими EUV-процессами.

Цумору Синтаке заявил: «В настоящее время стоимость одного EUV-литографического оборудования достигает сотен миллионов евро. Моя новая схема позволяет получать высокоточные рисунки с разрешением 2–3 нанометра при значительно более низких затратах, чем у самых современных коммерческих моделей».

Он также описал ценность применения миниатюрных полупроводниковых чипов в контексте растущего спроса со стороны индустрии искусственного интеллекта. «Международное энергетическое агентство прогнозирует, что к 2030 году энергопотребление центров обработки данных удвоится из-за таких энергоемких приложений, как интеллектуальные агенты. Чипы, изготовленные с использованием высокоапертурной литографии, имеют более высокую плотность интеграции компонентов и более короткие пути передачи сигналов, что позволяет минимизировать потери энергии и снизить энергозатраты на одну операцию».

Цумору Синтаке отметил: «Такие высокоплотные чипы также выделяют меньше тепла, что снижает энергопотребление, необходимое для охлаждения. Данное технологическое усовершенствование может значительно снизить общую электрическую нагрузку центров обработки данных».

Что такое EUV-литография? Основы формирования полупроводниковых чипов

Технология EUV-литографии генерирует экстремальное ультрафиолетовое излучение с длиной волны всего 13,5 нм. Луч направляется в систему освещения, затем попадает на отражательную литографическую маску, на которой запечатлен полный шаблон схемы. Отраженный луч рисунка проходит через проекционный объектив, который с помощью нескольких зеркал уменьшает и фокусирует изображение, проецируя его на поверхность кремниевой пластины. Впоследствии с помощью ряда процессов рисунок схемы вытравливается на пластине.

Для создания схем с еще более высокой степенью интеграции отрасль начала осваивать технологию EUV-литографии с высокой NA. Числовая апертура (NA) определяет угловой диапазон, в котором оптическая система может принимать и излучать свет; чем выше NA, тем больше угловой диапазон захватываемого света, что позволяет объективу различать более мелкие детали рисунка. Теоретически разрешение литографии (минимальный различимый размер рисунка) обратно пропорционально NA: более высокая NA обеспечивает более тонкое формирование рисунка на чипе.

На начальном этапе исследований EUV-литографии в 1990-х годах ученые уже изучали коаксиальные оптические схемы с высокой NA, схожие с идеей Цумору Синтаке, где маска, проекционный объектив и кремниевая пластина располагались соосно. Такие коаксиальные структуры просты, но тогда исследователи не могли решить проблемы искажения рисунка, размытия и различных оптических ошибок, которые усиливались с увеличением NA.

Для преодоления этих трудностей Цумору Синтаке изначально попытался использовать набор вогнутых и выпуклых зеркал в качестве проекционного объектива. После итеративной оптимизации была сформирована двухступенчатая оптическая структура, где каждая ступень оснащена парой вогнутых и выпуклых зеркал.

Первоначальные результаты моделирования были неудовлетворительными. Затем он обнаружил, что точно расположенные группы зеркал, многократно отражая свет, могут компенсировать различные оптические аберрации, сохраняя при этом высокую NA. После нескольких месяцев интенсивных расчетов с помощью программного обеспечения для оптического моделирования OpTaliX он определил идеальную кривизну и положение зеркал для достижения высокой NA при обеспечении качества изображения.

На пути к масштабируемому массовому производству полупроводников

Как и любой научно-исследовательский проект, данная схема имеет определенные ограничения: в текущем моделировании предполагалось, что зеркала имеют 100% отражательную способность и лишены каких-либо дефектов. Переход от модели к реальному оборудованию потребует значительной профессиональной инженерной оптимизации. Создание прототипа является следующей ключевой задачей команды. В настоящее время группа уже приступила к разработке EUV-аппаратного обеспечения, стремясь создать недорогое и высокопроизводительное EUV-литографическое оборудование.

Цумору Синтаке резюмировал: «Эта схема позволяет значительно упростить конструкцию высокоапертурного оборудования и снизить производственные затраты, открывая новые возможности для развития полупроводникового производства. Мы способны разработать литографическое оборудование стоимостью в четверть от существующих коммерческих аналогов. Благодаря более точной литографии мы сможем производить микросхемы памяти с более высокой степенью интеграции и логические чипы с лучшей энергоэффективностью. Эта технология может принести революционную социальную ценность, поддерживая развитие центров обработки данных и следующего поколения искусственного интеллекта, делая различные электронные устройства быстрее и энергоэффективнее, а также потенциально снижая долгосрочные эксплуатационные расходы».

Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com