Het team van professor Tang Chuanxiang van de afdeling Technische Natuurkunde van de Tsinghua Universiteit heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt in het onderzoek naar lichtbronnen van extreem ultraviolette (EUV) lithografische machines. Dit lichtbronproject heet SSMB-EUV (Steady-State Micro-Focused Extreme Ultraviolet Light Source).

Professor Tang Chuanxiang publiceerde in 2022 een uitgebreid overzichtsartikel in het Chinese Physics B-tijdschrift. Het artikel geeft een duidelijk overzicht en behandelt alle mogelijke vragen met betrekking tot EUV-lichtbronnen die het projectteam al heeft overwogen. De volledige tekst van het artikel beslaat 16 pagina's. Hier geef ik een korte samenvatting en schets van een aantal belangrijke vragen waarin u mogelijk geïnteresseerd bent.

Is SSMB-EUV een PPT?

Nee dat is het niet! Tsinghua University heeft experimentele verificatie uitgevoerd van de fysische theoretische principes van het SSMB-EUV-project van 0 naar 1, en dit gebeurde onder beperkte experimentele omstandigheden. Daarom is de fysische theorie zeer betrouwbaar. Als het uiteindelijke doel van dit project echter is om te worden gebruikt bij de geavanceerde chipproductie, betekent de succesvolle experimentele verificatie van de fysieke principes niet noodzakelijkerwijs dat het commercieel operationeel kan zijn. Dit komt omdat grootschalige en betrouwbare productie van geavanceerde chips de ontwikkeling van aanvullende technologieën en kostenbeheersing vereist, wat afzonderlijke dimensies zijn.

Momenteel heeft Tsinghua University het SSMB-EUV-team gevormd en drie grote technische uitdagingen aangegaan voor de SSMB-EUV-lichtbron:

1. Lasermodulator: Uit de conceptintroductie van SSMB blijkt dat de lasermodulator overeenkomt met de RF-microgolfholte en het belangrijkste verschil is tussen SSMB en traditionele opslagringen. Om SSMB te bereiken, is het noodzakelijk om het laservermogen te moduleren en in fase te vergrendelen. Om een ​​hoge werkcyclus van de bundel te bereiken en daardoor het gemiddelde vermogen van SSMB-straling te verbeteren, moeten gemoduleerde lasers met continue golf of met een hoge werkcyclus worden gebruikt. Om aan deze eisen te voldoen, is er een optische versterkingsholte gepland voor het lasermodulatiesysteem van SSMB.

2. Injectiesysteem met lange puls: Om een ​​hoog stralingsvermogen te bereiken heeft SSMB een hoge gemiddelde stroomdichtheid, ongeveer 1A. Het bereiken van de injectie van een grote hoeveelheid lading met lange pulsen (in het bereik van honderden nanoseconden) vereist een gespecialiseerd ontwerp. Om vermogensfluctuaties tijdens SSMB-bedrijf te verminderen, is het wenselijk dat SSMB in een opwaardeermodus werkt met een vrijwel constante straalstroom. Bovendien kan de opwaardeermodus ook de vereisten voor de intensiteit van een enkele injectiebundel verminderen.

3. Lineaire inductieversneller: Om de werkcyclus van de SSMB-opslagring te verbeteren, zijn er, naast het gebruik van continue lasers, andere eisen voorgesteld voor de energieaanvulling van de elektronenbundel met lange pulsen in vergelijking met traditionele opslagringen. Een lineaire inductieversneller die werkt met de MHz-herhalingssnelheid is een haalbare optie om energieaanvulling van de SSMB-bundel te bereiken.

In februari van dit jaar voerde het project locatieselectieonderzoek uit in Xiong'an.

Potentiële voordelen van SSMB-EUV-lichtbron voor EUV-lithografie

1) Hoog gemiddeld vermogen: De SSMB-opslagring kan de installatie van meerdere EUV-bundellijnen ondersteunen en dient zowel als een krachtige verlichtingsbron voor lithografie als als detectiebron voor maskers en optische apparaten. Het kan ook steun verlenen voor onderzoek naar EUV-resistmaterialen.

2) Smalle bandbreedte en hoge collimatieDe SSMB-lichtbron voldoet ruimschoots aan de smalle bandbreedte-eis van minder dan 2% voor EUV-lithografie en bereikt straling geconcentreerd binnen een hoekbereik van ?0.1 mrad. De smalle bandbreedte en hoge collimatie-eigenschappen maken innovatieve ontwerpen mogelijk voor optische EUV-lithografiesystemen op basis van SSMB-technologie, terwijl de procesmoeilijkheden van optische EUV-spiegels worden verminderd.

3) Continue golfuitgang met hoge stabiliteit: De SSMB-uitvoer heeft de vorm van continue of quasi-continue golfstraling, waardoor aanzienlijke schommelingen in het stralingsvermogen kunnen worden vermeden die schade aan de chips kunnen veroorzaken. De lichtbron van de opslagring heeft een goede stabiliteit en de opwaardeermodus van de SSMB-opslagring verbetert de beschikbaarheid van de lichtbron op lange termijn verder.

4) Schone straling: Vergeleken met LPP-EUV-lichtbronnen vervuilt de hoogvacuümomgeving van de oscillatorstraling in SSMB de optische systeemspiegels die bij lithografie worden gebruikt niet. Dit verlengt de levensduur van de spiegels aanzienlijk.

5) Schaalbaarheid: Het SSMB-principe maakt een gemakkelijke uitbreiding naar kortere golflengten mogelijk, waardoor de mogelijkheid overblijft voor de volgende generatie Blue-X-lithografietechnologie met behulp van golflengten van 6,xnm.

Conclusie

De EUV-lithografieoplossing ontwikkeld door Tsinghua University is inderdaad een alternatieve benadering. De toepassing van dit nieuwe fysische principe vereist echter uitgebreide en langdurige technologische ontwikkeling en vallen en opstaan ​​op verschillende technische gebieden, waaronder engineeringtechnologie, materiaalkunde, scheikunde, computationele lithografie, maskerfabricage, onderzoek naar optische lenzen en spiegels, en ultraprecieze inspectie, voor massaproductie van geavanceerde chips met behulp van deze aanpak. Bovendien zijn aanzienlijke onderzoeks- en ontwikkelingsinvesteringen nodig, waardoor de reis uitdagend en tijdrovend wordt.

We hopen op een vroeg tijdstip substantiële vooruitgang te zien in de industriële implementatie van Tsinghua's SSMB-EUV-oplossing.