Forskare i Japan vid forskningsinstitutet High Energy Accelerator Research Organization (KEK) i Tsukuba har presenterat konceptet för en EUV-ljuskälla med hjälp av en frielektronlaser, free electron laser (FEL), kapabel till uteffekter om ”tiotals kilowatt”. Genom att använda vad IEEE kallar en partikelaccelerators motsvarighet till fordons bromskraftåtervinningssystem skulle ett existerande acceleratorer kunna agera EUV-ljuskälla till åtskilliga scanners.
Nederländska ASML har idag monopol på marknaden för litografiutrustning med EUV, där de senaste maskinerna förmår att producera uppemot 500 watt ljus. På färdplanen för framtiden finns framtida maskiner med en uteffekt om 1 000 watt, med stötestenen att kommande utrustning kommer betinga än högre priser än de närmare 400 miljoner USD en EUV-scanner av typen high-NA kostar idag.
The FEL beam’s extreme power, its narrow spectral width, and other features make it suitable as an application for future lithography
– Norio Nakamura, forskare inom avancerade ljuskällor, KEK
Enligt forskaren Norio Nakamura skulle en partikelaccelerator vara ett betydligt mer kostnadseffektivt sätt att skapa EUV-strålningen – med nackdelen att det endast rör sig om själva ljuskällan. Att reflektera ljuset från en central punkt, snarare än inom en maskin som huserar samtliga komponenter på egen hand likt ASML:s utrustning, är en utmaning i sig för framtiden. En av de stora utmaningarna när ASML utvecklade EUV-maskiner, som försenades med närmare ett decennium, var just att kunna reflektera och koncentrera EUV-ljus utan alltför stora förluster. Detta till trots är Nakamura positiv om FEL-teknikens framtid inomS avancerad halvledartillverkning efter att ha räknat på saken.
The estimated costs per exposure tool in our setup are still rather low compared to the estimated costs” for today’s laser-produced plasma source
– Norio Nakamura
Den nuvarande iterationen av partikelacceleratorn hos KEK är inte kapabel till att framställa ljus i EUV-spektrumet, men en prototyp är under byggnation. Kalkylerna för en partikelaccelerator som producerar 10 kilowatt EUV-strålning med tillhörande ”multipla maskiner” för kretstillverkning landade enligt Nakamura år 2021 med efterföljande inflation på motsvarande 260 miljoner USD – vilket alltså kan ställas mot de knappa 400 miljoner ASML tar för en enda EUV-scanner av senaste snitt.
Japan är heller inte ensamma om att forska på partikelacceleratorer för EUV-ljus. Hösten 2023 framkom uppgifter om att Kina pysslar med liknande forskning, där en uteffekt om en kilowatt redan nåtts. Skulle det visa sig att framställa EUV-strålning med FEL är framtidens melodi och tekniken skalar i högre takt än plasmabaserad EUV-litografi kan Kina plötsligt ha en ledarposition inom avancerad halvledartillverkning under 2030-talet.
