ओकिनावा इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (ओआईएसटी) के प्रोफेसर त्सुमोरू शिनटेक ने एक चरम पराबैंगनी (ईयूवी) लिथोग्राफी तकनीक का प्रस्ताव दिया है जो सेमीकंडक्टर निर्माण में मानक से बेहतर है।ईयूवीलिथोग्राफी

इस डिज़ाइन के आधार पर छोटे ईयूवी प्रकाश स्रोतों के साथ काम किया जा सकता है, लागत कम हो सकती है और मशीनों की विश्वसनीयता और जीवनकाल में नाटकीय रूप से सुधार हो सकता है।यह पारंपरिक ईयूवी लिथोग्राफी मशीनों की तुलना में दसवें हिस्से से भी कम बिजली की खपत करता है, जिससे सेमीकंडक्टर उद्योग को पर्यावरण की दृष्टि से अधिक टिकाऊ बनने में मदद मिलती है।यह तकनीक उन दो मुद्दों को हल करके संभव हुई है जिन्हें पहले इस क्षेत्र में दुर्गम माना जाता था।

पहले में एक नवीन ऑप्टिकल प्रक्षेपण प्रणाली शामिल है जिसमें केवल दो दर्पण शामिल हैं।दूसरे में ईयूवी प्रकाश को बिना अवरुद्ध किए एक सपाट दर्पण (फोटोमास्क) पर तर्क पैटर्न पर कुशलतापूर्वक निर्देशित करने की एक नई विधि शामिल है।ऑप्टिकल पथ.

ईयूवी लिथोग्राफी से जुड़ी चुनौतियाँ

प्रोसेसर बना रहे हैंकृत्रिम होशियारी(एआई) संभव है, कम-शक्ति वाले चिप्स का उपयोग किया जाएमोबाइल उपकरणोंजैसे सेल फोन, और मशीनों में उपयोग की जाने वाली उच्च-घनत्व वाली DRAM मेमोरी जो हमारे दैनिक जीवन में अपरिहार्य हो गई हैं - ये सभी उन्नत सेमीकंडक्टर चिप्स EUV लिथोग्राफी का उपयोग करके निर्मित किए जाते हैं।हालाँकि, अर्धचालकों के उत्पादन को उच्च-शक्ति खपत और उपकरणों की जटिलता से चुनौती मिलती है, जो स्थापना, रखरखाव और बिजली की खपत की लागत में नाटकीय रूप से वृद्धि करती है।

जैसा कि प्रोफेसर शिनटेक कहते हैं, "यह आविष्कार एक महत्वपूर्ण तकनीक है जो इन अल्पज्ञात समस्याओं को लगभग पूरी तरह से हल कर सकती है।"

पारंपरिक प्रकाशिकी प्रणालियों, जैसे कैमरे, दूरबीन और पारंपरिक पराबैंगनी लिथोग्राफी में, एपर्चर और लेंस जैसे ऑप्टिकल घटकों को एक सीधी रेखा में अक्षीय रूप से (केंद्रीय अक्ष के सममित) व्यवस्थित किया जाता है।यह कॉन्फ़िगरेशन न्यूनतम ऑप्टिकल विपथन के साथ उच्चतम ऑप्टिकल प्रदर्शन सुनिश्चित करता है, जिससे उच्च गुणवत्ता वाली छवियां प्राप्त होती हैं।हालाँकि, यह ईयूवी किरणों के लिए काम नहीं करता है, क्योंकि उनकी तरंग दैर्ध्य बहुत कम होती है जो अधिकांश सामग्रियों द्वारा अवशोषित होती है, जिसका अर्थ है कि वे पारदर्शी लेंस के माध्यम से यात्रा नहीं कर सकती हैं।

इस कारण से, ईयूवी प्रकाश को अर्धचंद्राकार दर्पणों का उपयोग करके निर्देशित किया जाता है जो खुली जगह के माध्यम से ज़िगज़ैग पैटर्न में ऑप्टिकल पथ के साथ किरणों को प्रतिबिंबित करते हैं (नीचे चित्रण देखें)।हालाँकि, क्योंकि यह विधि प्रकाश को केंद्रीय अक्ष से विचलित कर देती है, यह महत्वपूर्ण ऑप्टिकल गुणों का त्याग कर देती है और सिस्टम के समग्र प्रदर्शन को कम कर देती है।

इस समस्या से निपटने के लिए, यह नई लिथोग्राफी तकनीक दो अक्ष-सममित दर्पणों को छोटे केंद्र-छिद्रों के साथ एक सीधी रेखा में संरेखित करके अपने बेहतर ऑप्टिकल गुणों को प्राप्त करती है।

बिजली की खपत में उल्लेखनीय कमी

इसकी उच्च अवशोषण क्षमता के कारण प्रत्येक दर्पण प्रतिबिंब के साथ ईयूवी ऊर्जा 40% तक कमजोर हो जाती है।उद्योग मानक में, ईयूवी प्रकाश स्रोत से केवल 1% ऊर्जा उपयोग किए गए 10 दर्पणों के माध्यम से वेफर तक पहुंचती है, जिसका अर्थ है कि बहुत अधिक ईयूवी प्रकाश आउटपुट की आवश्यकता होती है।इस मांग को पूरा करने के लिए सी.ओ₂ईयूवी प्रकाश स्रोत के लिए लेजर ड्राइव के लिए बड़ी मात्रा में विद्युत शक्ति के साथ-साथ शीतलन के लिए भारी मात्रा में पानी की आवश्यकता होती है।

इसके विपरीत, ईयूवी स्रोत से वेफर तक दर्पणों की संख्या को केवल चार तक सीमित करके, 10% से अधिक ऊर्जा इसे पार कर जाती है, जिसका अर्थ है कि कुछ दसियों वाट के आउटपुट वाला एक छोटा ईयूवी स्रोत भी काम कर सकता है।प्रभावी ढंग से.इससे बिजली के उपयोग में उल्लेखनीय कमी आ सकती है।

दो चुनौतियाँ पार हो गईं

ईयूवी लिथोग्राफी के केंद्र में प्रोजेक्टर, जो फोटोमास्क छवि को सिलिकॉन वेफर पर स्थानांतरित करता है, में एक खगोलीय दूरबीन की तरह केवल दो परावर्तक दर्पण होते हैं।

"यह कॉन्फ़िगरेशन अकल्पनीय रूप से सरल है, यह देखते हुए कि पारंपरिक प्रोजेक्टर को कम से कम छह परावर्तक दर्पणों की आवश्यकता होती है। यह प्रकाशिकी के विपथन सुधार सिद्धांत पर सावधानीपूर्वक पुनर्विचार करके संभव बनाया गया था। यह पहले शास्त्रीय भौतिकी की जीत हैक्वांटम भौतिकी,'' प्रोफेसर शिनटेक बताते हैं।

"प्रदर्शन को ऑप्टिकल सिमुलेशन सॉफ़्टवेयर (OpTaliX) का उपयोग करके सत्यापित किया गया है और यह उन्नत अर्धचालकों के उत्पादन के लिए पर्याप्त होने की गारंटी है।"

प्रोफेसर शिनटेक ने रोशनी प्रकाशिकी की एक नई विधि तैयार करके समस्या का समाधान किया, जिसका नाम "डुअल लाइन फील्ड" है, जो ऑप्टिकल पथ में हस्तक्षेप किए बिना सामने से ईयूवी प्रकाश के साथ एक फ्लैट दर्पण फोटोमास्क को विकिरणित करता है।

प्रोफेसर शिनटेक बताते हैं, "यदि आप दो फ्लैशलाइट पकड़ते हैं, प्रत्येक हाथ में एक, और उन्हें एक ही कोण पर अपने सामने एक दर्पण पर तिरछे लक्ष्य करते हैं, तो एक फ्लैशलाइट से प्रकाश हमेशा विपरीत फ्लैशलाइट पर पड़ेगा, जो लिथोग्राफी में अस्वीकार्य हैलेकिन यदि आप फ्लैशलाइट के कोण को बदले बिना अपने हाथों को बाहर की ओर ले जाते हैं, जब तक कि मध्य दोनों तरफ से पूरी तरह से प्रकाशित न हो जाए, तो प्रकाश को विपरीत फ्लैशलाइट के प्रकाश से टकराए बिना प्रतिबिंबित किया जा सकता है।

चूँकि दो प्रकाश स्रोत सममित रूप से स्थित हैं और एक ही कोण पर मास्क को रोशन करते हैं, औसतन मास्क सामने से रोशन होता है।यह मास्क 3डी प्रभाव को भी न्यूनतम करता है।

प्रोफेसर शिनटेक बताते हैं, "यह कोलंबस के अंडे की तरह है, इसमें पहली नज़र में यह असंभव लग सकता है, लेकिन एक बार हल हो जाने पर, यह बहुत सरल हो जाता है।"

OIST ने इस तकनीक के लिए एक पेटेंट आवेदन दायर किया है, और इसे प्रदर्शन प्रयोगों के माध्यम से व्यावहारिक उपयोग में लाने की उम्मीद है।"वैश्विक ईयूवी लिथोग्राफी बाजार 2024 में 8.9 बिलियन अमरीकी डालर से बढ़कर 2030 में 17.4 बिलियन अमरीकी डालर तक पहुंचने की उम्मीद है, जिसकी औसत वार्षिक वृद्धि दर लगभग 12% है। इस पेटेंट में जबरदस्त आर्थिक लाभ उत्पन्न करने की क्षमता है," प्रोफेसर शिनटेक ने संक्षेप में बताया।.

ओआईएसटी के कार्यकारी उपाध्यक्ष और ओआईएसटी इनोवेशन के नेता गिल ग्रैनोट-मेयर कहते हैं, "ओआईएसटी अत्याधुनिक विज्ञान बनाने के लिए प्रतिबद्ध है जो मानवता को प्रभावित करेगा। यह नवाचार असंभव की खोज करने और मूल समाधान पेश करने की ओआईएसटी भावना को दर्शाता है।

"हालांकि हमें अभी भी इस तकनीक को विकसित करने के लिए एक लंबा रास्ता तय करना है, हम ऐसा करने के लिए प्रतिबद्ध हैं। हमें उम्मीद है कि ओकिनावा की इस तकनीक का सेमीकंडक्टर उद्योग पर परिवर्तनकारी प्रभाव पड़ेगा और ऊर्जा खपत और डीकार्बोनाइजेशन जैसे वैश्विक मुद्दों को हल करने में मदद मिलेगी।"