Intel, Samsung Foundry ve TSMC, en yeni üretim düğümlerinde çip oluşturmak için ASML’nin yarı iletkenleri 13 nm çözünürlükte ‘basma’ kapasitesine sahip EUV litografi makinelerini kullanıyor. Ancak lazerle üretilen plazma (LPP) EUV ışık kaynağının (küçük kalay damlacıklarına uygulanan bir CO2 lazeri) kullanılması, çipleri ‘basmak’ için 13,5 nm EUV radyasyonu üretmenin tek yolu değildir. Raporlara göre Japonya’daki araştırmacılar, parçacık hızlandırıcılardan serbest elektron lazerlerinin (FEL’ler) kullanımını son teknoloji boyutlara sahip çipler yapmak için araştırıyorlar Spectrum.IEEE.org.
Yüksek Enerji Hızlandırıcı Araştırma Kurumu (KEK)Japonya’nın Tsukuba kentinde, bir robot tarafından üretilen serbest elektron lazerlerinin (FEL’ler) kullanımını araştırıyor. enerji geri kazanımı doğrusal (ERL) hızlandırıcı çip yapımı için. Bir enerji geri kazanımı doğrusal hızlandırıcısının, aynı anda birden fazla litografi makinesine güç sağlamak için onlarca kilowatt EUV gücünü uygun maliyetli bir şekilde üretebileceğini söylüyorlar. Buna karşılık ASML, Twinscan NXE:5800E için 500W EUV ışık kaynağı üretti ve EUV ışık kaynaklarının gücünü en sonunda 1000W’a çıkarma potansiyeline bakıyor.
ERL, EUV litho aracından tamamen farklı çalışır. İlk olarak, bir elektron tabancası, elektronları kriyojenik olarak soğutulmuş bir tüpe enjekte eder ve burada süper iletken RF boşlukları onları hızlandırır. Elektronlar, kendi kendini güçlendiren kendiliğinden emisyon (SASE) adı verilen bir işlemle güçlendirilen ışık yayan bir salındırıcıdan geçer. Harcanan elektronlar, ışık yaydıktan sonra ters fazda RF hızlandırıcıya geri dönerek kalan enerjilerini ışın çöplüğüne atılmadan önce yeni enjekte edilen elektronlara aktarırlar. Bu enerji geri kazanımı, ERL’nin daha fazla elektronu hızlandırmak için aynı miktarda elektriği kullanmasına olanak tanır ve bu da onu aşırı güçlü EUV ışığı üretmek için oldukça verimli ve uygun maliyetli bir yöntem haline getirir.
KEK’teki gelişmiş ışık kaynakları araştırmacısı Norio Nakamura bir röportajda Spectrum.IEEE.org’a “FEL ışınının aşırı gücü, dar spektral genişliği ve diğer özellikleri onu gelecekteki litografi uygulaması için uygun kılıyor” dedi.
2021’de, şiddetli küresel enflasyonun başlangıcından önce, KEK ekibi yeni bir ERL sisteminin inşaat maliyetini 260 milyon $ olarak tahmin etti; bu, Twinscan NXE:3800E’nin fiyatından 50 milyon $ daha yüksek – ancak Twinscan NXE:3800E’nin fiyatından 60 milyon $ daha yüksek. tam entegre bir araçtır, oysa ilki aslında yalnızca bir ışık kaynağıdır. Bu sistem 10 kW EUV gücü sağlayacak, birden fazla litografi makinesini besleyecek (KEK kaç tane olduğunu belirtmiyor) ve yıllık işletme maliyetlerinin 25.675 milyon dolar civarında olacağı tahmin ediliyordu.
Nakamura, Spectrum.IEEE.org’a şunları söyledi: “Kurulumumuzdaki maruz kalma aracı başına tahmini maliyetler, günümüzün lazerle üretilen plazma kaynağının tahmini maliyetleriyle karşılaştırıldığında nispeten düşük kalıyor.”
Birkaç tane var hafif FEL’ler ve ERL’lerle ilgili sorunlar. Öncelikle, herhangi bir parçacık hızlandırıcı gibi, enerji geri kazanımlı doğrusal hızlandırıcı da çok büyüktür. İkincisi, 10 kW’lık EUV radyasyonunu önemli bir güç kaybı olmadan birden fazla litho aletine yönlendirmek için son derece karmaşık bir ayna setine ihtiyaç vardır ve bu set henüz icat edilmemiştir (ve maliyetleri belirsizdir).
Son olarak, orada olduğunu varsayarak dır-dir 10 kW EUV radyasyonunu 10 lito aletine yönlendirebilen karmaşık bir ayna seti, bu kadar güçlü bir ışık kaynağıyla uyumlu hiçbir direnç ve zar yoktur. Ancak bu bir sorun olmayacak çünkü şimdilik deneysel bir ERL 20 mikrometrelik kızılötesi ışık patlamaları üretebiliyor; bu da 13,5 nm EUV ışığından çok uzak.
Nakamura, ERL tabanlı bir litho aletinin ticari talaş yapımı için gereken yüksek düzeyde performans ve operasyonel kararlılığa ulaşabilmesi için önce çok sayıda teknik zorluğun çözülmesi gerektiğini kabul etti.
