Японски учен реши дългогодишен проблем с EUV литографията
Учен от Института за наука и технологии в Окинава, Япония (OIST) предложи радикално опростяване на оптичната схема на EUV литографията – ключовата технология, с помощта на която днес се произвеждат най-модерните чипове. Професор Цумору Шинтаке е разработил вариант на EUV система с висока числова апертура (High-NA) и линейна геометрия, при която фотомаската, проекционната оптика и силициевата пластина са разположени на една ос, за разлика от сегашните промишлени скенери.
Според изчисленията на автора, предложената от него оптична архитектура може да помогне за отпечатването на елементи с размер 2-3 nm и да намали 3-4 пъти цената на оборудването, която днес се оценява на стотици милиони евро за една машина. Това също така обещава да намали производствените разходи за чипове, дори от по-напреднало ниво, отколкото днес и в крайна сметка ще доведе до съкращаване на разходите за поддръжка на най-съвършените AI модели и центрове за данни.
Както е известно, EUV литографията използва екстремно ултравиолетово излъчване с дължина на вълната 13,5 nm. Тази светлина не може да се пропуска през обикновени лещи: тя просто се поглъща от тях, поради което цялата оптична система се основава на отражение от многослойни огледала и работи във вакуум. В стандартната схема на литографския скенер на ASML лъчът попада върху огледална фотомаска с рисунка на бъдещата схема, след което проекционната оптика намалява и фокусира изображението върху силициева пластина. Увеличаването на числовата апертура (NA) позволява обхващане на по-широк диапазон от ъгли, което повишава разделителната способност, но едновременно с това усложнява оптиката (вж. фигурата по-долу) и засилва изкривяванията.
При разработването на новата оптична архитектура на EUV скенерите професор Шинтаке се стремеше преди всичко да намали така наречените „3D-ефекти на маската“ – изкривявания, възникващи поради триизмерната структура на огледалната EUV маска и падането на светлината върху нея под ъгъл. Изследователите не успяха да решат този проблем през 90-те години на миналия век, когато започнаха да проектират EUV скенери, поради което като търговски жизнеспособен вариант се оказа изключително сложната оптична схема, реализирана във всички съвременни EUV скенери на ASML.
Ученият предложи линейна фокусираща система, състояща се от два оптични компонента, всеки от които съдържа двойка вдлъбнати и изпъкнали огледала. Моделирането показа, че многократните отражения между огледалата с точно изчислен профил и строго определено разстояние между тях могат взаимно да компенсират част от изкривяванията, като същевременно запазват висока числова апертура и качество на изображението. За разлика от сегашните сложни High-NA решения, тази схема би трябвало да бъде значително по-лесна за производство и настройка.
Въпреки това до промишленото приложение все още има дълъг път. Изчисленията предполагат идеални огледала – със 100-процентно отражение и без дефекти, докато реалната EUV оптика губи част от енергията при всяко отражение и изисква изключително прецизна обработка на повърхността. Следващата стъпка ще бъде сглобяването на физически прототип: екипът вече е започнал разработката на съответното EUV оборудване. Ако подходът бъде потвърден експериментално, той може да направи производството на памет с висока плътност и логически микросхеми много по-евтино, да намали броя на технологичните операции и да понижи енергопотреблението при изчисленията, което е особено важно на фона на нарастващото натоварване от изкуствения интелект и центровете за обработка на данни.