Das Team von Professor Tang Chuanxiang vom Department of Engineering Physics der Tsinghua-Universität hat bedeutende Fortschritte bei der Erforschung von Lichtquellen für Lithografiemaschinen im extremen Ultraviolett (EUV) erzielt. Dieses Lichtquellenprojekt heißt SSMB-EUV (Steady-State Micro-Focused Extreme Ultraviolet Light Source).

Professor Tang Chuanxiang veröffentlichte 2022 einen umfassenden Übersichtsartikel in der Zeitschrift Chinese Physics B. Der Artikel bietet einen klaren Überblick und geht auf alle möglichen Fragen zu EUV-Lichtquellen ein, die das Projektteam bereits berücksichtigt hat. Der vollständige Text der Arbeit umfasst 16 Seiten. Hier werde ich eine kurze Zusammenfassung und einen Überblick über einige wichtige Fragen geben, die Sie interessieren könnten.

Ist SSMB-EUV ein PPT?

Nein ist es nicht! Die Tsinghua-Universität hat eine experimentelle Verifizierung der physikalisch-theoretischen Prinzipien des SSMB-EUV-Projekts von 0 bis 1 durchgeführt, und dies unter begrenzten experimentellen Bedingungen. Daher ist die physikalische Theorie äußerst zuverlässig. Wenn das Endziel dieses Projekts jedoch der Einsatz in der fortgeschrittenen Chipherstellung ist, bedeutet die erfolgreiche experimentelle Verifizierung der physikalischen Prinzipien nicht zwangsläufig, dass es kommerziell einsetzbar sein kann. Dies liegt daran, dass eine groß angelegte und zuverlässige Produktion fortschrittlicher Chips die Entwicklung zusätzlicher Technologien und die Kostenkontrolle erfordert, die separate Dimensionen darstellen.

Derzeit hat die Tsinghua-Universität das SSMB-EUV-Team gebildet und drei große technische Herausforderungen für die SSMB-EUV-Lichtquelle gemeistert:

1. Lasermodulator: Aus der Konzepteinführung von SSMB geht hervor, dass der Lasermodulator dem Mikrowellen-HF-Hohlraum entspricht und den wichtigsten Unterschied zwischen SSMB und herkömmlichen Speicherringen darstellt. Um SSMB zu erreichen, ist es notwendig, die Laserleistung zu modulieren und phasenstarr zu machen. Um einen hohen Strahlarbeitszyklus zu erreichen und dadurch die durchschnittliche Leistung der SSMB-Strahlung zu erhöhen, müssen Dauerstrichlaser oder modulierte Laser mit hohem Arbeitszyklus verwendet werden. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist ein optischer Verstärkungshohlraum für das Lasermodulationssystem von SSMB geplant.

2. Langimpuls-Einspritzsystem: Um eine hohe Strahlungsleistung zu erreichen, verfügt SSMB über eine hohe durchschnittliche Stromdichte, etwa 1A. Um die Injektion einer großen Ladungsmenge mit langen Impulsen (im Bereich von Hunderten von Nanosekunden) zu erreichen, ist ein spezielles Design erforderlich. Um Leistungsschwankungen während des SSMB-Betriebs zu reduzieren, ist es wünschenswert, dass SSMB in einem Auflademodus mit einem nahezu konstanten Strahlstrom arbeitet. Darüber hinaus kann der Auflademodus auch die Anforderungen an die Intensität eines einzelnen Injektionsstrahls reduzieren.

3. Linearer Induktionsbeschleuniger: Um den Strahlarbeitszyklus des SSMB-Speicherrings zu verbessern, wurden zusätzlich zur Verwendung kontinuierlicher Laser andere Anforderungen an die Energieauffüllung des Langpuls-Elektronenstrahls im Vergleich zu herkömmlichen Speicherringen vorgeschlagen. Ein linearer Induktionsbeschleuniger, der mit der MHz-Wiederholungsrate arbeitet, ist eine mögliche Option, um die Energieauffüllung des SSMB-Strahls zu erreichen.

Im Februar dieses Jahres führte das Projekt Untersuchungen zur Standortauswahl in Xiong'an durch.

Mögliche Vorteile der SSMB-EUV-Lichtquelle für die EUV-Lithographie

1) Hohe Durchschnittsleistung: Der SSMB-Speicherring kann die Installation mehrerer EUV-Strahllinien unterstützen und sowohl als Hochleistungsbeleuchtungsquelle für die Lithographie als auch als Detektionsquelle für Masken und optische Geräte dienen. Es kann auch die Forschung zu EUV-Resistmaterialien unterstützen.

2) Schmale Bandbreite und hohe Kollimation: Die SSMB-Lichtquelle erfüllt problemlos die Anforderungen an eine schmale Bandbreite von weniger als 2 % für die EUV-Lithografie und erzielt eine Strahlungskonzentration in einem Winkelbereich von ?0.1 mrad. Die schmale Bandbreite und die hohen Kollimationseigenschaften ermöglichen innovative Designs für optische Systeme der EUV-Lithografie auf Basis der SSMB-Technologie und reduzieren gleichzeitig den Verarbeitungsaufwand für optische EUV-Spiegel.

3) Hochstabiler kontinuierlicher Wellenausgang: Der SSMB-Ausgang erfolgt in Form einer kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Wellenstrahlung, wodurch erhebliche Schwankungen der Strahlungsleistung vermieden werden können, die zu Schäden an den Chips führen könnten. Die Speicherring-Lichtquelle weist eine gute Stabilität auf und der Aufladebetriebsmodus des SSMB-Speicherrings verbessert die Langzeitverfügbarkeit der Lichtquelle weiter.

4) Saubere Strahlung: Im Vergleich zu LPP-EUV-Lichtquellen verunreinigt die Hochvakuumumgebung der Oszillatorstrahlung in SSMB die in der Lithographie verwendeten Spiegel des optischen Systems nicht. Dadurch wird die Lebensdauer der Spiegel deutlich verlängert.

5) Skalierbarkeit: Das SSMB-Prinzip ermöglicht eine einfache Erweiterung hin zu kürzeren Wellenlängen und eröffnet die Möglichkeit für die Blue-X-Lithographietechnologie der nächsten Generation mit Wellenlängen von 6,xnm.

Fazit

Die von der Tsinghua-Universität entwickelte EUV-Lithographielösung ist tatsächlich ein alternativer Ansatz. Die Anwendung dieses neuen physikalischen Prinzips erfordert jedoch eine umfangreiche und langfristige technologische Entwicklung und Versuch und Irrtum in verschiedenen technischen Bereichen, darunter Ingenieurstechnik, Materialwissenschaften, Chemie, Computerlithographie, Maskenherstellung, Forschung zu optischen Linsen und Spiegeln, und ultrapräzise Inspektion für die Massenproduktion fortschrittlicher Chips mit diesem Ansatz. Darüber hinaus sind erhebliche Forschungs- und Entwicklungsinvestitionen erforderlich, was die Reise herausfordernd und zeitaufwändig macht.

Wir hoffen, bald erhebliche Fortschritte bei der industriellen Umsetzung der SSMB-EUV-Lösung von Tsinghua zu sehen.