极紫外光刻技术获突破：可大幅提高能源效率，降低半导体制造成本

8 月 2 日，冲绳科学技术大学院大学（OIST）的教授新竹俊（Tsumoru Shintake）提出了一种极紫外（EUV）光刻技术。基于这种设计的 EUV 光刻技术可以使用更小的 EUV 光源工作，从而降低成本，显著提高机器的可靠性和使用寿命。而在消耗电量上不到传统 EUV 光刻机的十分之一，有助于半导体行业变得更加环境可持续。

据了解，该技术能取得突破，是因为它解决了该领域之前被认为无法克服的两个问题。第一个是仅由两个镜子组成的新型光学投影系统。第二个是高效地将 EUV 光直接照射到平面镜（光掩模）上的逻辑图案上的新方法，而不会阻挡光学路径。

制造用于人工智能（AI）、移动设备（如手机）的低功耗芯片，以及日常必需的高密度 DRAM 存储器的先进半导体芯片，都依赖于 EUV 光刻技术。但是，半导体生产面临的挑战包括高功耗和设备的复杂性，这显著增加了安装、维护和电力消耗的成本。正如新竹教授所说，“这项发明是一项突破性技术，几乎可以完全解决这些鲜为人知的问题。”

传统的光学系统，如相机、望远镜和常规的紫外线光刻，其光学元件（如光圈和镜头）是沿中心轴轴对称排列的，这确保了最高的光学性能和最小化的光学像差。然而，这并不适用于 EUV 射线，因为它们波长极短，被大多数材料吸收，无法通过透明镜头传播。因此，EUV 光是通过新月形的镜子反射的，这些镜子沿光路在开放空间中以之字形反射光线。但是，这种方法使光线偏离中心轴，牺牲了重要的光学特性，降低了系统的整体性能。

这项新技术通过将两个具有微小中心孔的轴对称镜子对齐成一直线，实现了优越的光学特性。

由于 EUV 光的高吸收性，每次通过镜子反射时能量会减弱 40%。在行业标准中，只有大约 1% 的 EUV 光源能量通过使用的 10 个镜子到达晶圆，这意味着需要非常高的 EUV 光源输出。相比之下，通过将从 EUV 源到晶圆的镜子总数限制为四个，超过 10% 的能量可以传递，这意味着即使是输出几十瓦的小 EUV 源也可以同样有效工作，这可以显著降低电力使用。

EUV 光刻的核心投影仪，将光掩模上的图像转移到硅晶圆上，只由两个反射镜子组成，类似于天文望远镜。这种配置非常简单，因为传统投影仪至少需要六个反射镜子。这是通过仔细重新思考光学的像差校正理论实现的。

新竹俊教授通过设计一种名为“双线场”的新照明光学方法解决了问题，该方法从正面照射 EUV 光到平面镜光掩模上，而不干扰光路。

冲绳科学技术大学院大学已经为这项技术申请了专利，预计将通过演示实验投入实际使用。预计全球 EUV 光刻市场将从 2024 年的 89 亿美元增长到 2030 年的 174 亿美元，年均增长率 12%，而这项专利有望产生巨大的经济效益。