हाल ही में, ओकिनावा इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी ग्रेजुएट यूनिवर्सिटी (OIST) के प्रोफेसर त्सुमोरू शिनटेक ने एक क्रांतिकारी चरम पराबैंगनी (EUV) लिथोग्राफी तकनीक का प्रस्ताव रखा, जो न केवल मौजूदा अर्धचालक विनिर्माण की सीमाओं से आगे जाती है, बल्कि उद्योग के भविष्य में एक नया अध्याय भी शुरू करती है।
यह नवाचार स्थिरता और रख-रखाव में उल्लेखनीय सुधार करता है क्योंकि इसके सरलीकृत डिजाइन के लिए केवल दो दर्पणों और केवल 20W के प्रकाश स्रोत की आवश्यकता होती है, जिससे सिस्टम की कुल बिजली खपत 100kW से कम हो जाती है, जो पारंपरिक तकनीकों की बिजली खपत का केवल दसवां हिस्सा है (जिसे संचालित करने के लिए आमतौर पर 1MW (=1000kW) से अधिक की आवश्यकता होती है)। नया सिस्टम मास्क 3D प्रभाव को कम करते हुए बहुत उच्च कंट्रास्ट बनाए रखता है, जिससे फोटोमास्क से सिलिकॉन वेफर्स तक लॉजिक पैटर्न के सटीक हस्तांतरण के लिए आवश्यक नैनोमीटर-स्तर की सटीकता प्राप्त होती है।
इस नवाचार का मूल एक अधिक कॉम्पैक्ट और कुशल EUV प्रकाश स्रोत का उपयोग है, जो लागत को काफी कम करता है जबकि उपकरण की विश्वसनीयता और सेवा जीवन में काफी सुधार करता है। विशेष रूप से आश्चर्यजनक बात यह है कि इसकी बिजली खपत पारंपरिक EUV लिथोग्राफी मशीनों की तुलना में केवल दसवां हिस्सा है, जो सेमीकंडक्टर उद्योग में हरित और टिकाऊ विकास का मार्ग प्रशस्त करती है।
इस तकनीकी सफलता की कुंजी दो समस्याओं को हल करने में निहित है, जो लंबे समय से उद्योग को परेशान कर रही हैं: एक है न्यूनतम और कुशल ऑप्टिकल प्रक्षेपण प्रणाली का डिजाइन, जिसमें केवल दो सावधानीपूर्वक कॉन्फ़िगर किए गए दर्पण शामिल हैं; दूसरा है एक नई विधि का विकास जो बिना किसी बाधा के समतल दर्पण (फोटोमास्क) पर तार्किक पैटर्न क्षेत्र में EUV प्रकाश को सटीक रूप से निर्देशित कर सकता है, जिससे अभूतपूर्व ऑप्टिकल पथ अनुकूलन प्राप्त होता है।
ईयूवी लिथोग्राफी की चुनौतियाँ
कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआई) को संभव बनाने वाले प्रोसेसर, मोबाइल फोन जैसे मोबाइल उपकरणों के लिए कम-शक्ति वाले चिप्स, तथा उच्च-घनत्व वाले डीआरएएम मेमोरी के लिए चिप्स - ये सभी उन्नत अर्धचालक चिप्स ईयूवी लिथोग्राफी का उपयोग करके निर्मित किए जाते हैं।
हालांकि, सेमीकंडक्टर के उत्पादन में उच्च बिजली खपत और उपकरण जटिलता की समस्याओं का सामना करना पड़ता है, जिससे स्थापना, रखरखाव और बिजली की खपत की लागत बहुत बढ़ जाती है। प्रोफेसर त्सुमोरू शिंताके का प्रौद्योगिकी आविष्कार इस चुनौती का सीधा जवाब है, और वे इसे एक महत्वपूर्ण उपलब्धि कहते हैं जो "इन छिपी हुई समस्याओं को लगभग पूरी तरह से हल करती है।"
पारंपरिक ऑप्टिकल सिस्टम इष्टतम प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए लेंस और एपर्चर की सममित व्यवस्था पर निर्भर करते हैं, लेकिन EUV प्रकाश की विशेष विशेषताएं - अत्यंत छोटी तरंगदैर्ध्य और सामग्रियों द्वारा आसान अवशोषण - इस मॉडल को अब लागू नहीं करते हैं। EUV प्रकाश को एक अर्धचंद्राकार दर्पण द्वारा परावर्तित करने और एक खुली जगह में ज़िगज़ैग करने की आवश्यकता होती है, जिससे कुछ ऑप्टिकल प्रदर्शन का त्याग करना पड़ता है। OIST की नई तकनीक, एक सीधी रेखा में व्यवस्थित एक अक्षीय सममित दोहरे दर्पण प्रणाली के माध्यम से, न केवल उत्कृष्ट ऑप्टिकल प्रदर्शन को बहाल करती है, बल्कि सिस्टम संरचना को भी बहुत सरल बनाती है।
बिजली की खपत में उल्लेखनीय कमी
चूंकि प्रत्येक दर्पण प्रतिबिंब पर EUV ऊर्जा 40% तक क्षीण हो जाती है, इसलिए उद्योग मानक में, EUV प्रकाश स्रोत ऊर्जा का केवल 1% ही उपयोग किए गए 10 दर्पणों के माध्यम से वेफर तक पहुंचता है, जिसका अर्थ है कि बहुत अधिक EUV प्रकाश आउटपुट की आवश्यकता होती है। इस मांग को पूरा करने के लिए, EUV प्रकाश स्रोत को चलाने वाले CO2 लेजर को बहुत अधिक बिजली, साथ ही बहुत अधिक शीतलन जल की आवश्यकता होती है।
इसके विपरीत, EUV प्रकाश स्रोत से वेफर तक दर्पणों की संख्या को केवल चार तक सीमित करके, 10% से अधिक ऊर्जा स्थानांतरित की जा सकती है, जिसका अर्थ है कि दसियों वाट का एक छोटा EUV प्रकाश स्रोत भी प्रभावी ढंग से काम कर सकता है। इससे बिजली की खपत में काफी कमी आ सकती है।
दो प्रमुख चुनौतियों पर काबू पाना
मौजूदा उद्योग मानकों की तुलना में, OIST मॉडल ने अपने सुव्यवस्थित डिजाइन (केवल दो दर्पण), अत्यंत कम प्रकाश स्रोत आवश्यकताओं (20W) और कुल बिजली खपत (100kW से कम) के साथ महत्वपूर्ण लाभ दिखाए हैं जो पारंपरिक तकनीकों के दसवें हिस्से से भी कम है। यह नवाचार न केवल नैनोमीटर-स्तर की सटीकता के साथ पैटर्न हस्तांतरण सुनिश्चित करता है, बल्कि मास्क के 3D प्रभाव को भी कम करता है, जिससे समग्र प्रदर्शन में सुधार होता है।
विशेष रूप से, दर्पण प्रतिबिंबों की संख्या को चार गुना तक कम करके, नई प्रणाली 10% से अधिक की ऊर्जा हस्तांतरण दक्षता प्राप्त करती है, जिससे छोटे EUV प्रकाश स्रोत भी कुशलता से काम कर सकते हैं, जिससे बिजली की खपत में काफी कमी आती है। यह उपलब्धि न केवल CO2 लेज़रों पर बोझ को कम करती है, बल्कि शीतलन जल की आवश्यकता को भी कम करती है, जो पर्यावरण संरक्षण की अवधारणा को और अधिक मूर्त रूप देती है।
प्रोफेसर त्सुमोरू शिंताके ने "डुअल-लाइन फील्ड" रोशनी ऑप्टिकल विधि का भी आविष्कार किया, जो ऑप्टिकल पथ हस्तक्षेप की समस्या को चतुराई से हल करता है और फोटोमास्क से सिलिकॉन वेफर तक सटीक पैटर्न मैपिंग प्राप्त करता है। उन्होंने इसे दर्पण को सबसे अच्छे तरीके से रोशन करने के लिए टॉर्च के कोण को समायोजित करने, प्रकाश टकराव से बचने और प्रकाश दक्षता को अधिकतम करने के लिए तुलना की, जो उनकी असाधारण रचनात्मकता और ज्ञान का प्रदर्शन करता है।
