日本大学设计出新型EUV光刻技术，成本更低、功耗降至十分之一

近日，日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）发布研究报告称，该校设计了一种新型的极紫外（EUV）光刻技术，这种技术超越了现有半导体制造业的标准界限。基于此设计的光刻设备可以采用更小的EUV光源，其功耗还不到传统EUV光刻机的十分之一，从而显著降低了能源消耗。

极紫外光刻技术（EUV lithography）是一种用于制造精密芯片的关键技术，其工作原理基于极紫外波段的光学特性和材料特性。据介绍，在传统光学系统中，例如照相机、望远镜和传统的紫外线光刻技术，光圈和透镜等光学元件以轴对称方式排列在一条直线上。这种方法并不适用于EUV射线，因为它们的波长极短，大多数会被材料吸收。因此，EUV光使用月牙形镜子引导。但这又会导致光线偏离中心轴，从而牺牲重要的光学特性并降低系统的整体性能。

为了解决这一问题，OIST采用新光刻技术，通过将两个具有微小中心孔的轴对称镜子排列在一条直线上来实现其光学特性。由于EUV吸收率极高，每次镜子反射，能量就会减弱40%。按照行业标准，只有大约1%的EUV光源能量通过10面反射镜最终到达晶圆，这意味着需要非常高的EUV光输出。但如果将EUV光源到晶圆的反射镜数量限制为总共4面，就能有超过10%的能量可以穿透到晶圆，进而显著降低功耗。

对此，OIST采用新的结构设计，通过将新EUV光刻技术的核心投影仪把光掩模图像转移到硅片上，其由两个反射镜组成，就像天文望远镜一样。这种新的配置方式更简单，相比传统投影仪至少需要6个反射镜。

据悉，新的结构设计是通过重新思考光学像差校正理论而实现的，其性能已通过光学模拟软件验证，可保证满足先进半导体的生产。OIST研究团队将该设计命名为一种 “双线场”的新型照明光学方法，其使用EUV光从正面照射平面镜光掩模，却不会干扰光路。

整体而言，OIST设计的新型极紫外光刻技术在现有技术的基础上有显著改进，主要体现在以下几个方面：

一是能源效率大幅提高：基于OIST设计的光刻设备可以采用更小的EUV光源，其功耗还不到传统EUV光刻机的十分之一。这意味着在相同的生产条件下，新型光刻技术能够显著减少能源消耗，从而提高整体的能源效率。

二是成本降低：由于功耗的大幅度降低，新型光刻技术能够显著降低成本。这不仅包括直接的电费支出，还包括设备维护和运行的成本，进一步降低了半导体制造的整体成本。

三是可靠性和使用寿命提升：新型光刻技术不仅提高了能源效率和降低了成本，还大幅提升了机器的可靠性和使用寿命。这意味着设备在长期运行中能够保持更高的稳定性和更长的使用周期，减少了因设备故障导致的停机时间和维修成本。

据悉，目前OIST已经为这一技术申请了专利，很可能会给全球EUV光刻市场带来巨大经济效益。根据高盛研究公司此前的分析，EUV光刻技术有望在未来几十年内显著提升全球半导体市场的价值，从目前的6000亿美元增长到更高的水平。