沖繩科學技術學院（OIST）的Tsumoru Shintake教授提出了超越半導體製造標準的極紫外線（EUV）微影技術。極紫外光光刻

基於此設計的產品可以與更小的 EUV 光源配合使用，從而降低成本並顯著提高機器的可靠性和使用壽命。它的功耗還不到傳統 EUV 光刻機的十分之一，有助於半導體產業變得更環保、更永續。這項技術透過解決該領域以前被認為無法克服的兩個問題而成為可能。

第一個涉及僅由兩個鏡子組成的新穎光學投影系統。第二種涉及一種新方法，可以有效地將 EUV 光引導到平面鏡（光掩模）上的邏輯圖案上，而不會阻擋光路。

EUV 微影面臨的挑戰

處理器製作人工智慧（AI）可能的、低功耗晶片用於行動裝置例如手機以及我們日常生活中不可或缺的機器中使用的高密度 DRAM 記憶體——所有這些先進的半導體晶片都是使用 EUV 微影技術製造的。然而，半導體的生產面臨著設備高功耗和複雜性的挑戰，這大大增加了安裝、維護和功耗的成本。

正如 Shintake 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。”

在傳統的光學系統中，例如相機、望遠鏡和傳統的紫外光刻，孔徑和透鏡等光學元件軸對稱（關於中心軸對稱）排列在一條直線上。這種配置可確保最高的光學性能和最小的光學像差，從而實現高品質的影像。然而，這不適用於 EUV 射線，因為它們的波長極短，會被大多數材料吸收，這意味著它們無法穿過透明透鏡。

因此，EUV 光使用新月形鏡子進行引導，這些鏡子沿著光路以之字形圖案反射光線穿過開放空間（見下圖）。然而，由於這種方法會導致光線偏離中心軸，因此犧牲了重要的光學特性並降低了系統的整體性能。

為了解決這個問題，這種新的光刻技術透過將兩個帶有微小中心孔的軸對稱鏡沿直線對齊來實現其卓越的光學特性。

顯著降低功耗

由於 EUV 的吸收率非常高，每次鏡面反射能量都會減弱 40%。在業界標準中，EUV光源只有約1%的能量透過所使用的10個鏡子到達晶圓，這意味著需要非常高的EUV光輸出。為了滿足這項需求，CO₂EUV光源的雷射驅動需要大量的電力，以及大量的水用於冷卻。

相較之下，透過將 EUV 光源到晶圓的反射鏡數量限制為總共 4 個，超過 10% 的能量可以通過，這意味著即使是輸出功率為數十瓦的小型 EUV 光源也能正常工作。同樣有效。這可以顯著減少電力使用。

克服兩個挑戰

EUV 微影技術的核心投影機將光掩模影像轉移到矽晶圓上，它僅由兩個反射鏡組成，就像天文望遠鏡一樣。

「考慮到傳統投影機至少需要六個反射鏡，這種配置簡單得難以想像。這是透過仔細重新思考光學像差校正理論而實現的。這是經典物理學的勝利量子物理學”，Shintake 教授解釋道。

「該性能已使用光學模擬軟體（OpTaliX）進行了驗證，保證足以用於先進半導體的生產。”

Shintake教授透過設計一種名為「雙線場」的新照明光學方法解決了這個問題，該方法用EUV光從正面照射平面鏡光掩模，而不干擾光路。

Shintake教授解釋說：「如果你拿著兩個手電筒，一手拿著一個，並將它們以相同的角度對角線地瞄準你面前的鏡子，那麼來自一個手電筒的光總是會擊中對面的手電筒，這在光刻中是不可接受的但如果你在不改變手電筒角度的情況下將手向外移動，直到中間從兩側完全照亮，光線就可以反射出去，而不會與對面手電筒的光線發生碰撞。

由於兩個光源對稱定位並以相同角度照射掩模，因此平均而言，掩​​模是從正面照射的。這也最大限度地減少了蒙版 3D 效果。

“這就像哥倫布的蛋，”新武教授解釋說，“乍一看似乎不可能，但一旦解決了，它就變得非常簡單。”

OIST已對該技術申請了專利，預計將透過示範實驗投入實際應用。Shintake教授總結道：“全球EUV光刻市場預計將從2024年的89億美元增長到2030年的174億美元，年均增長率約為12%。這項專利有可能產生巨大的經濟效益。” 。

OIST 執行副總裁兼 OIST 創新負責人 Gil Granot-Mayer 表示：「OIST 致力於創造影響人類的尖端科學。這項創新體現了 OIST 探索不可能和提供原創解決方案的精神。

「雖然我們在開發這項技術方面還有很長的路要走，但我們致力於這樣做。我們希望這項來自沖繩的技術能夠對半導體產業產生變革性影響，並有助於解決能源消耗和脫碳等全球性問題。