Учёный из Окинавского института науки и технологий (OIST) предложил радикально упростить оптическую схему EUV-литографии — ключевой технологии, с помощью которой сегодня производят самые передовые микросхемы. Профессор Цумору Синтакэ (Tsumoru Shintake) разработал вариант high-NA EUV-системы с линейной геометрией, где фотомаска, проекционная оптика и кремниевая пластина расположены на одной оси в отличие от нынешних промышленных сканеров.
Источник изображений: OIST
По расчётам автора, предложенная им оптическая архитектура может помочь печатать элементы размером 2–3 нм и в 3–4 раза снизить стоимость оборудования, которое сегодня оценивается в сотни миллионов евро за машину. Это также обещает снизить стоимость производства чипов даже более передового уровня, чем сегодня, и в конечном итоге повлечёт сокращение расходов на поддержку самых совершенных ИИ-моделей и дата-центров.
Как известно, EUV-литография использует экстремальное ультрафиолетовое излучение с длиной волны 13,5 нм. Такой свет нельзя пропускать через обычные линзы: он просто поглощается ими, поэтому вся оптическая система строится на отражении от многослойных зеркал и работает в вакууме. В стандартной схеме литографического сканера ASML луч попадает на зеркальную фотомаску с рисунком будущей схемы, затем проекционная оптика уменьшает и фокусирует изображение на кремниевой пластине. Увеличение числовой апертуры, или NA, позволяет захватывать более широкий диапазон углов, что повышает разрешение, но одновременно усложняет оптику (см. рисунок ниже) и усиливает искажения.
Источник изображения: ASML
При разработке новой оптической архитектуры EUV-сканеров профессор Синтакэ прежде всего стремился снизить так называемые «3D-эффекты маски» — искажения, возникающие из-за трёхмерной структуры зеркальной EUV-маски и падения света на неё под углом. Эту проблему исследователи не смогли решить в 90-х годах прошлого века, когда начали проектировать EUV-сканеры, поэтому коммерчески жизнеспособным вариантом оказалась чрезвычайно сложная внеосевая оптическая схема, реализованная во всех современных EUV-сканерах ASML.
Учёный предложил линейную фокусирующую систему из двух оптических компонентов, каждый из которых содержит пару вогнутого и выпуклого зеркал. Моделирование показало, что многократные отражения между зеркалами с точно рассчитанным профилем и строго определённым расстоянием между ними могут взаимно компенсировать часть искажений, сохраняя при этом высокую числовую апертуру и качество изображения. В отличие от нынешних сложных high-NA-решений, эта схема должна быть существенно проще в производстве и настройке.
Впрочем, до промышленного применения ещё далеко. Расчёты предполагают идеальные зеркала — со 100-процентным отражением и без дефектов, тогда как реальная EUV-оптика теряет часть энергии при каждом отражении и требует предельно точной обработки поверхности. Следующим шагом станет сборка физического прототипа: команда уже начала разработку соответствующего EUV-оборудования. Если подход подтвердится экспериментально, он может удешевить выпуск высокоплотной памяти и логических микросхем, сократить число технологических операций и снизить энергопотребление вычислений, что особенно важно на фоне роста нагрузки от ИИ и центров обработки данных.