یکی از چالشهای کلیدی در توسعه اسکنرهای لیتوگرافی فرابنفش شدید (EUV) ساخت یک منبع نوری قدرتمند و قابل اعتماد است. شرکت ایاسامال (ASML) که تنها سازنده ابزارهای لیتوگرافی EUV است، از فناوری پیچیده پلاسما با تولید لیزر (LPP) برای تولید نور EUV استفاده میکند. در مقابل، شرکتهای متعددی پیشنهاد میکنند که از لیزر الکترون آزاد (FEL) که متکی بر یک شتابدهنده ذرات است، برای تولید EUV استفاده شود. در حالی که فناوری FEL مزایای خود را دارد و حتی توسط ایلان ماسک (Elon Musk) تایید شده است، به گفته جیپی مورگان (JPMorgan)، بعید است که شرکت ASML آن را بپذیرد.
بر اساس یادداشتی از جیپی مورگان که توسط سیمی دوپد (Semi Doped) گزارش شده است: «با توجه به پیشرفتهای لیزری، شرکت ASML هیچ دلیلی برای امتحان کردن منبع نور جدید "FEL" که مورد علاقه ماسک است، نمیبیند.»
سیستمهای مدرن لیتوگرافی EUV از منابع نوری پلاسما با تولید لیزر استفاده میکنند که پالسهای قدرتمند لیزر دیاکسید کربن (CO₂) را به قطرات ریز قلع مذاب با قطر حدود ۳۰ میکرون شلیک میکنند. این امر آنها را به پلاسما یونیزه شده با دمای الکترونی چند ده الکترونولت تبدیل میکند که تابش EUV با طول موج ۱۳.۵ نانومتر ساطع میکند. سپس این نور توسط یک آینه جمعکننده بیضوی با اندازه تقریبی ۰.۵ متر که با لایههای متعددی از مولیبدن و سیلیکون پوشانده شده است، جمعآوری میشود. این آینه به صورت انتخابی بیشترین تابش ۱۳.۵ نانومتری ممکن را منعکس کرده و آن را به سمت کانون میانی در ورودی اسکنر هدایت میکند.
از آنجا که عملاً تمام مواد تابش EUV را جذب میکنند - حتی آینههای چندلایه تخصصی نیز بخش قابل توجهی از آن را جذب میکنند - کل مسیر نوری باید در خلاء کار کند و به جای اپتیک شکستی معمولی از اپتیک بازتابی استفاده کند. این یکی از دلایلی است که تولید توان کافی منبع EUV همچنان یک چالش باقی مانده است.
با وجود چالشهای عمده، شرکت ASML به تدریج توان منبع منابع نوری LPP خود را از حدود ۲۵۰ وات به حدود ۵۰۰ وات افزایش داده است و قصد دارد در سالهای آینده آن را به ۱۰۰۰ وات برساند. علاوه بر این، این شرکت برنامهریزی کرده است تا تعداد قطرات قلع تولید شده را در هر ثانیه تقریباً دو برابر کرده و به ۱۰۰,۰۰۰ قطره برساند.
یک لیزر الکترون آزاد (FEL) نور EUV را با شتاب دادن به الکترونها تا سرعت نزدیک به نور و عبور دادن باریکه الکترونی از طریق یک آاندولاتور (Undulator) تولید میکند. آاندولاتور مجموعهای از آهنرباهای متناوب است که الکترونها را وادار به نوسان و تابش میکند. تعامل بین الکترونها و تابش آنهااعث میشود که آنها دستههای میکروسکوپی تشکیل داده و نوری با طول موج ۱۳.۵ نانومتر ساطع کنند. این رویکرد قطرات قلع و ضایعات مرتبط با آن را (که نیازمند استفاده از پوستههای محافظ روی ماسکهای نوری هستند) حذف میکند و همچنین بهطور بالقوه توان EUV بهمراتب بالاتری نسبت به منابع LPP فراهم میکند. علاوه بر این، یک FEL میتواند بهطور بالقوه جایگزین چندین منبع LPP با یک FEL واحد و یک سیستم توزیع باریکه EUV بزرگ شود.
با این حال، یک معامله بزرگ وجود دارد: به جای یک LPP نسبتاً جمعوجور، FEL نیازمند یک شتابدهنده ذرات بسیار پیچیده، یک منبع الکترون، یک آاندولاتور طولانی، کنترل باریکه الکترونی، محافظ در برابر تشعشع، و یک سیستم توزیع فوقالعاده پیچیده مجهز به آینههایی است که توانایی مدیریت و توزیع توان بسیار بالای EUV را بدون از دست دادن مقدار زیادی از آن در طول مسیر داشته باشند. کل ماشین باید به سطوح دسترسی، بهرهوری و هزینه در حد کارخانههای نیمههادی برسد؛ چیزی که دستیابی به آن برای شرکت ASML و سایر صنایع سالها زمان برده است.
بنابراین، در حالی که شور و شوق زیادی پیرامون فناوری FEL در چین، ایالات متحده و ژاپن وجود دارد، احتمالاً یک دهه یا بیشتر طول خواهد کشید تا FEL بتواند در کارخانههای تولید واقعی نیمههادی با LPP رقابت کند. این فناوری احتمالاً در این میان میلیاردها دلار هزینه خواهد بلعید، بنابراین همه نهادهایی که در حال حاضر به دنبال FEL هستند، ممکن است به آن زمان دوام نیاورند.
منبع: tomshardware.com