Op 2 augustus stelde Tsumoru Shintake, een professor aan het Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), een extreem ultraviolet (EUV) lithografietechnologie voor. EUV-lithografietechnologie op basis van dit ontwerp kan werken met kleinere EUV-lichtbronnen, waardoor de kosten worden verlaagd en de betrouwbaarheid en levensduur van de machine aanzienlijk worden verbeterd. Het stroomverbruik is minder dan een tiende van dat van traditionele EUV-lithografiemachines, wat de halfgeleiderindustrie helpt milieuduurzamer te worden.
Het is duidelijk dat deze technologie een doorbraak kan bewerkstelligen omdat het twee problemen oplost die voorheen als onoverkomelijk op dit gebied werden beschouwd. De eerste is een nieuw optisch projectiesysteem dat uit slechts twee spiegels bestaat. De tweede is een nieuwe methode om EUV-licht efficiënt rechtstreeks op een logisch patroon op een vlakke spiegel (fotomasker) te laten schijnen zonder het optische pad te blokkeren.
De productie van geavanceerde halfgeleiderchips voor kunstmatige intelligentie (AI), energiezuinige chips voor mobiele apparaten zoals mobiele telefoons en DRAM-geheugen met hoge dichtheid dat nodig is voor dagelijks gebruik, is afhankelijk van EUV-lithografie. Uitdagingen bij de productie van halfgeleiders zijn echter onder meer het hoge energieverbruik en de complexiteit van de apparatuur, waardoor de kosten van installatie, onderhoud en energieverbruik aanzienlijk stijgen. Zoals professor Hsinchu zei: "Deze uitvinding is een baanbrekende technologie die deze weinig bekende problemen bijna volledig kan oplossen."
Traditionele optische systemen, zoals camera's, telescopen en conventionele UV-lithografie, hebben optische elementen (zoals openingen en lenzen) die axiaal symmetrisch langs een centrale as zijn gerangschikt, wat de hoogste optische prestaties en minimale optische aberraties garandeert. Dit geldt echter niet voor EUV-stralen, aangezien deze extreem korte golflengten hebben, door de meeste materialen worden geabsorbeerd en niet door transparante lenzen kunnen worden doorgelaten. Daarom wordt EUV-licht gereflecteerd door halvemaanvormige spiegels die licht reflecteren in een zigzagpatroon in de open ruimte langs het optische pad. Deze aanpak verschuift het licht echter weg van de centrale as, waardoor belangrijke optische eigenschappen worden opgeofferd en de algehele prestaties van het systeem worden verminderd.
De nieuwe technologie bereikt superieure optische eigenschappen door twee asymmetrische spiegels uit te lijnen met kleine centrale gaten.
Vanwege het hoge absorptievermogen van EUV-licht wordt de energie met 40% verminderd telkens wanneer het door een spiegel wordt gereflecteerd. Volgens de industriestandaard bereikt slechts ongeveer 1% van de energie van de EUV-lichtbron de wafer via de 10 gebruikte spiegels, wat betekent dat een zeer hoge output van de EUV-lichtbron vereist is. Ter vergelijking: door het totale aantal spiegels van de EUV-bron naar de wafer te beperken tot vier, kan meer dan 10% van de energie worden overgedragen, wat betekent dat zelfs kleine EUV-bronnen die tientallen watts produceren even efficiënt kunnen werken, wat het energieverbruik aanzienlijk kan verminderen.
De kernprojector van EUV-lithografie, die het beeld op het fotomasker overbrengt naar de siliciumwafel, bestaat uit slechts twee reflecterende spiegels, vergelijkbaar met een astronomische telescoop. Deze configuratie is heel eenvoudig, omdat traditionele projectoren minimaal zes reflecterende spiegels nodig hebben. Dit wordt bereikt door de aberratiecorrectietheorie van de optica zorgvuldig te heroverwegen.
Professor Jun Hsinchu loste het probleem op door een nieuwe optische verlichtingsmethode te ontwerpen, genaamd "dubbel lijnveld", die EUV-licht van voren op een vlak spiegelfotomasker bestraalt zonder het lichtpad te verstoren.
Het Okinawa Institute of Science and Technology heeft patent aangevraagd voor deze technologie en zal deze naar verwachting in de praktijk brengen door middel van demonstratie-experimenten. De mondiale markt voor EUV-lithografie zal naar verwachting groeien van 8,9 miljard dollar in 2024 naar 17,4 miljard dollar in 2030, met een gemiddeld jaarlijks groeipercentage van 12%, en dit patent zal naar verwachting enorme economische voordelen opleveren.