Yakın zamanda, Okinawa Bilim ve Teknoloji Enstitüsü Lisansüstü Üniversitesi'nden (OIST) Profesör Tsumoru Shintake, mevcut yarı iletken üretim sınırlarının ötesine geçmekle kalmayıp aynı zamanda endüstrinin geleceğinde yeni bir sayfa açan devrim niteliğinde bir aşırı ultraviyole (EUV) litografi teknolojisi önerdi.
Bu yenilik, basitleştirilmiş tasarımının yalnızca iki ayna ve yalnızca 20W'lık bir ışık kaynağı gerektirmesi nedeniyle kararlılığı ve sürdürülebilirliği önemli ölçüde iyileştirir, böylece sistemin toplam güç tüketimini 100kW'ın altına düşürür, bu da geleneksel teknolojilerin güç tüketiminin yalnızca onda biridir (genellikle çalışmak için 1MW'tan (=1000kW) fazlasına ihtiyaç duyarlar). Yeni sistem, fotomaskelerden silikon levhalara mantık desenlerinin doğru aktarımı için gereken nanometre düzeyindeki hassasiyeti elde ederek maske 3D efektini azaltırken çok yüksek kontrastı korur.
Bu yeniliğin özü, maliyetleri önemli ölçüde azaltırken ekipmanın güvenilirliğini ve hizmet ömrünü büyük ölçüde iyileştiren daha kompakt ve verimli bir EUV ışık kaynağının kullanılmasıdır. Özellikle dikkat çekici olanı, güç tüketiminin geleneksel EUV litografi makinelerinin yalnızca onda biri olması ve yarı iletken endüstrisinde yeşil ve sürdürülebilir kalkınmanın önünü açmasıdır.
Bu teknolojik atılımın anahtarı, sektörü uzun zamandır meşgul eden iki sorunu çözmekten geçiyor: Birincisi, yalnızca iki dikkatlice yapılandırılmış aynadan oluşan, minimalist ve verimli bir optik projeksiyon sisteminin tasarımı; diğeri ise EUV ışığını düzlem aynadaki (fotomaske) mantıksal desen alanına hiçbir engele takılmadan doğru bir şekilde yönlendirebilen ve benzeri görülmemiş bir optik yol optimizasyonu sağlayan yeni bir yöntemin geliştirilmesi.
EUV Litografisinin Zorlukları
Yapay zekayı (YZ) mümkün kılan işlemciler, cep telefonları gibi mobil cihazlar için düşük güç tüketen yongalar ve yüksek yoğunluklu DRAM bellek yongaları - tüm bu gelişmiş yarı iletken yongalar EUV litografi kullanılarak üretilmektedir.
Ancak, yarı iletkenlerin üretimi yüksek güç tüketimi ve ekipman karmaşıklığı sorunlarıyla karşı karşıyadır ve bu da kurulum, bakım ve elektrik tüketiminin maliyetini büyük ölçüde artırır. Profesör Tsumoru Shintake'nin teknoloji buluşu bu zorluğa doğrudan bir yanıttır ve bunu "bu gizli sorunları neredeyse tamamen çözen" çığır açıcı bir başarı olarak adlandırır.
Geleneksel optik sistemler, optimum performans elde etmek için merceklerin ve açıklıkların simetrik düzenlenmesine dayanır, ancak EUV ışığının özel özellikleri - son derece kısa dalga boyu ve malzemeler tarafından kolay emilim - bu modeli artık uygulanabilir kılmaz. EUV ışığının hilal ayna tarafından yansıtılması ve açık alanda zikzaklar çizerek optik performansın bir kısmından ödün vermesi gerekir. OIST'in düz bir çizgide düzenlenmiş eksenel simetrik çift aynalı bir sistem aracılığıyla yeni teknolojisi, yalnızca mükemmel optik performansı geri kazandırmakla kalmaz, aynı zamanda sistem yapısını da büyük ölçüde basitleştirir.
Güç tüketiminde önemli azalma
EUV enerjisi her ayna yansımasında %40 oranında zayıflatıldığından, endüstri standardında EUV ışık kaynağı enerjisinin yalnızca yaklaşık %1'i kullanılan 10 aynadan gofrete ulaşır, bu da çok yüksek EUV ışık çıkışı gerektiği anlamına gelir. Bu talebi karşılamak için EUV ışık kaynağını çalıştıran CO2 lazeri çok fazla elektriğe ve ayrıca çok fazla soğutma suyuna ihtiyaç duyar.
Buna karşılık, EUV ışık kaynağından gofrete kadar ayna sayısını toplamda sadece dörtle sınırlayarak, enerjinin %10'undan fazlası aktarılabilir, bu da onlarca watt'lık küçük bir EUV ışık kaynağının bile etkili bir şekilde çalışabileceği anlamına gelir. Bu, güç tüketimini önemli ölçüde azaltabilir.
İki büyük zorluğun üstesinden gelmek
Mevcut endüstri standartlarıyla karşılaştırıldığında, OIST modeli, aerodinamik tasarımı (sadece iki ayna), son derece düşük ışık kaynağı gereksinimleri (20W) ve geleneksel teknolojilerin onda birinden daha az olan toplam güç tüketimi (100kW'tan az) ile önemli avantajlar göstermiştir. Bu yenilik, yalnızca nanometre düzeyinde hassasiyetle desen aktarımı sağlamakla kalmaz, aynı zamanda maskenin 3B etkisini azaltarak genel performansı iyileştirir.
Özellikle ayna yansımalarının sayısını dört katına düşürerek yeni sistem %10'dan fazla bir enerji transfer verimliliği elde ediyor ve küçük EUV ışık kaynaklarının bile verimli bir şekilde çalışmasına olanak tanıyor ve böylece güç tüketimini önemli ölçüde azaltıyor. Bu başarı yalnızca CO2 lazerlerinin yükünü azaltmakla kalmıyor, aynı zamanda soğutma suyu ihtiyacını da azaltarak çevre koruma kavramını daha da somutlaştırıyor.
Profesör Tsumoru Shintake ayrıca optik yol girişimi sorununu akıllıca çözen ve fotomaskeden silikon levhaya doğru desen eşlemesi sağlayan "çift hatlı alan" aydınlatma optik yöntemini de icat etti. Bunu, aynayı en iyi şekilde aydınlatmak için bir el fenerinin açısını ayarlamaya benzetti, ışık çarpışmalarından kaçındı ve aydınlatma verimliliğini en üst düzeye çıkardı, olağanüstü yaratıcılığını ve bilgeliğini gösterdi.
