По мере развития технологий и увеличения энергопотребления ученые надеются создавать все более миниатюрные компьютерные чипы, для чего требуются сложные конструкции чипов размером в один нанометр (нм). Такие методы, как экстремальная ультрафиолетовая (EUV) литография, открывают новые возможности для создания таких чипов, но сопряжены с серьезными физическими, инженерными и финансовыми трудностями, что ограничивает их текущее применение и масштабируемость.
Профессор Цумору Синтакэ из Окинавского института науки и технологий (OIST) предложил радикальную модернизацию систем освещения и проекторов, используемых в EUV-литографии с высокой числовой апертурой (high-NA). Моделирование предполагает, что его конструкция могла бы устранить неприятные оптические эффекты (так называемые «маски 3D»), повысить разрешение и позволить производить компьютерные чипы меньшего размера с меньшими затратами, чем современные методы EUV.
При EUV-литографии генерируется свет с чрезвычайно короткой длиной волны (13,5 нм), который проходит через систему освещения и попадает на отражающую фотомаску с шаблоном схемы. Отраженный свет проходит через проектор, который с помощью системы зеркал уменьшает и фокусирует изображение на кремниевой пластине. Затем на пластину наносится рисунок, который подвергается дальнейшей обработке.
Чтобы увеличить плотность компонентов схемы, исследователи прибегают к технологии EUV-литографии с высокой числовой апертурой. Числовая апертура связана с диапазоном углов, под которыми оптическая система может принимать или излучать свет. Чем выше числовая апертура, тем шире угол обзора, что позволяет линзе различать более мелкие детали. Теоретически предел разрешения (наименьшая различимая деталь) обратно пропорционален числовой апертуре, поэтому чем выше числовая апертура, тем выше точность печати полупроводниковых чипов.
На заре исследований в области EUV-литографии в 1990-х годах ученые изучали оптические конструкции для литографии с высоким числовым апертурой, аналогичные конструкции Синтакэ, в которых фотомаска, проектор и пластина были выровнены по одной линии. Несмотря на кажущуюся простоту таких конфигураций, исследователи не могли найти решение проблемы искажений, размытия и других оптических ошибок, особенно при увеличении числовой апертуры.
Чтобы решить эти проблемы, Синтакэ сначала попытался выяснить, может ли в качестве проектора использоваться простая пара зеркал — одно вогнутое, другое выпуклое. В итоге он разработал двухступенчатую конструкцию с парой вогнуто-выпуклых зеркал на каждом этапе. Поначалу у него ничего не получалось, но вскоре Синтакэ понял, что многократные отражения между тщательно расположенными зеркалами потенциально могут компенсировать оптические дефекты при сохранении высокой числовой апертуры. После многих месяцев расчетов в системе оптического моделирования OpTaliX он определил идеальную кривизну и расположение зеркал, необходимые для достижения высокой числовой апертуры при сохранении качества изображения.
Как и в любом исследовательском проекте, здесь есть свои ограничения. В симуляции предполагается, что зеркала будут отражать свет на 100 % и не будут иметь дефектов, а переход от симуляции к реальной реализации потребует профессиональных инженерных навыков. Следующим шагом Синтакэ станет создание физического прототипа, и его команда уже приступила к разработке оборудования для экстремальной ультрафиолетовой литографии с целью создания более дешевой и высокопроизводительной системы.