La Chine parie sur le synchrotron pour la lithographie EUV
Des chercheurs chinois explorent une vieille idée, l’utilisation d’un accélérateur d’électrons comme source de lumière pour la lithographie.
Toutefois, l’argument selon lequel un tel développement pourrait être utilisé pour contourner les contrôles américains à l’exportation sur les équipements de lithographie à ultraviolets extrêmes (EUV) n’est pas fondé. Un synchrotron électronique ne constitue qu’une source de lumière alternative pour la lithographie et les complexités des résines, du masquage et de la focalisation de la lumière pour produire des détails de l’ordre du nanomètre – jusqu’à présent maîtrisées uniquement par ASML Holding NV – restent entiers.
En outre, il faudra de nombreuses années de travail pour produire un système fiable pour la production de masse de puces à des nœuds nanométriques à un chiffre ( en dessous de 10 nm).
En outre, les mêmes inconvénients qui ont fait échouer le synchrotron de lithographie à rayons X d’IBM dans les années 1990 subsistent. En effet, les sources optiques basées sur le synchrotron sont énormes – plus de 20 mètres de diamètre – et extrêmement coûteuses.
Ces systèmes sont généralement basés sur des électrons tournant autour d’un anneau de stockage, car les électrons ont une masse moindre. Le rayonnement synchrotron est produit par l’accélération d’électrons à des vitesses relativistes.
Un grand anneau
Cependant, plus l’anneau est petit, plus il faut dépenser d’énergie pour accélérer les électrons et les faire tourner. Ces systèmes ne sont viables que s’ils disposent de plusieurs unités de lithographie disposées tangentiellement pour utiliser la lumière/les rayons X générés par les électrons. Un tel anneau pourrait comporter un grand nombre de machines de lithographie placées tangentiellement pour utiliser la source optique unique.
Des chercheurs de l’université de Tsinghua utilisent un raffinement appelé steady-state microbunching (SSMB) pour tenter d’améliorer les sources optiques du synchrotron. Cette technique est porteuse d’espoir – à long terme – car les sources de lumière produites par plasma laser (LPP) ont du mal à produire suffisamment d’énergie pour atteindre la capacité de production des plaquettes de silicium.
En 2021, un groupe de l’université de Tsinghua, du Helmholtz-Zentrum Berlin et du Physikalisch-Technische Bundesanstalt a testé expérimentalement le microbunching en régime permanent au synchrotron Metrology Light Source à Berlin.
« Une source EUV de haute puissance est d’une importance cruciale pour la fabrication en grande série utilisant la lithographie EUV », a déclaré le professeur Chuanxiang Tang, du département d’ingénierie physique de l’université de Tsinghua, dans un communiqué publié à l’époque. L’un des principaux problèmes de l’EUVL est que le système optique est réfléchissant et que la perte de puissance à chacune des 11 réflexions est d’environ 30 %, a-t-il ajouté. À l’époque ( en 2021), il avait déclaré qu’il espérait construire un synchrotron SSMB à Pékin dans les cinq ou six prochaines années.
Selon le South China Morning Post, des chercheurs de l’université Tsinghua sont actuellement en discussion avec les autorités de la nouvelle zone de Xiongan pour trouver un site où construire un synchrotron d’une circonférence comprise entre 100 et 150 mètres. Cela correspondrait à un diamètre compris entre 16 et 25 mètres. Le faisceau d’électrons sera utilisé pour produire de la lumière à des fins de lithographie et de recherche scientifique, selon le SCMP.
Le fait qu’un tel système soit utilisé pour la lithographie ET la recherche scientifique indique qu’il s’agit d’une machine de recherche universitaire plutôt que d’une unité de fabrication commerciale.
La recherche de l’université de Tsinghua peut également être rapprochée d’un article publié dans Nature Scientific Reports en février 2022 (voir Une source de rayonnement synchrotron de l’ordre du kilowatt pour la lithographie EUV )
Expertise à Shanghai
Cet article fait état de l’utilisation d’un anneau d’amortissement compact d’une circonférence d’environ 160 mètres pour produire un rayonnement EUV cohérent d’une puissance de l’ordre du kilowatt à une longueur d’onde de 13,5 nm. Il utilise la méthode dite du micro-bunching pour produire une puissance cohérente avec une puissance moyenne d’environ 2,5 kW. Cependant, les auteurs de ce document sont principalement issus du Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Shanghai.
Le Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF) existe déjà et dispose de 15 lignes de faisceaux dans la première phase du projet, et de 26 lignes de faisceaux après l’achèvement de la deuxième phase.
Le document de recherche souligne quelques avantages du synchrotron en tant que source optique. La première est que, contrairement aux sources de plasma produites par laser (LPP), elles ne produisent pas de débris contaminant l’optique et nécessitant un temps d’arrêt pour nettoyer le système et remplacer la cible. Les sources optiques basées sur le synchrotron permettent d’accorder facilement la longueur d’onde optique. Cela laisse entrevoir la possibilité d’accorder une source de rayonnement synchrotron à des longueurs d’onde inférieures à 13,5 nm sans que cela ne représente un défi technique majeur.
Liens et articles connexes :
Une source de rayonnement de niveau kilowatt basée sur le synchrotron pour la lithographie EUV
Si vous avez apprécié cet article, vous aimerez les suivants : ne les manquez pas en vous abonnant à :
