極紫外光刻新技術問世，能大幅提高能源效率並降低半導體制造成本

來源： 科技日報 

科技日報記者 張夢然

據日本沖繩科學技術大學院大學（OIST）官網最新報告，該校設計了一種極紫外（EUV）光刻技術，超越了半導體制造業的標準界限。基於此設計的光刻設備可採用更小的EUV光源，其功耗還不到傳統EUV光刻機的十分之一，從而降低成本並大幅提高機器的可靠性和使用壽命。

在傳統光學系統中，例如照相機、望遠鏡和傳統的紫外線光刻技術，光圈和透鏡等光學元件以軸對稱方式排列在一條直線上。這種方法並不適用於EUV射線，因為它們的波長極短，大多數會被材料吸收。因此，EUV光使用月牙形鏡子引導。但這又會導致光線偏離中心軸，從而犧牲重要的光學特性並降低系統的整體性能。

為解決這一問題，新光刻技術通過將兩個具有微小中心孔的軸對稱鏡子排列在一條直線上來實現其光學特性。

由於EUV吸收率極高，每次鏡子反射，能量就會減弱40%。按照行業標準，只有大約1%的EUV光源能量通過10面反射鏡最終到達晶圓，這意味著需要非常高的EUV光輸出。

相比之下，將EUV光源到晶圓的反射鏡數量限制為總共4面，就能有超過10%的能量可以穿透到晶圓，顯著降低了功耗。

新EUV光刻技術的核心投影儀能將光掩模圖像轉移到矽片上，它由兩個反射鏡組成，就像天文望遠鏡一樣。團隊稱，這種配置簡單得令人難以想像，因為傳統投影儀至少需要6個反射鏡。但這是通過重新思考光學像差校正理論而實現的，其性能已通過光學模擬軟件驗證，可保證滿足先進半導體的生產。團隊為此設計一種名為「雙線場」的新型照明光學方法，該方法使用EUV光從正面照射平面鏡光掩模，卻不會幹擾光路。

這樣複雜的問題卻這樣簡單的解決聽起來很不可思議。但試想一下：如果你一手拿著兩個手電筒，並以相同的角度將它們斜對著你面前的鏡子，那麼一個手電筒發出的光線將會始終照射到另一個手電筒上。在光刻中，這是不可接受的。但如果你向外移動手電筒卻不改變手電筒的角度，從中間到兩側完全照亮，光線就可以正常反射，而不會與對面手電筒的光線「相撞」。這個巧妙的技術，目前已申請了專利，很可能會給全球EUV光刻市場帶來巨大經濟效益。