Giáo sư Tsumoru Shintake thuộc viện khoa học công nghệ Okinawa, Nhật Bản vừa đưa ra một giải pháp mới hoàn toàn để sản xuất những cỗ máy quang khắc bán dẫn tia cực tím EUV với thiết kế đơn giản hơn, vận hành cũng rẻ hơn so với những cỗ máy ASML của Hà Lan đang sản xuất và bán cho các tập đoàn lớn. Nếu giải pháp này được ứng dụng thương mại, nó hoàn toàn có thể tái cơ cấu lại ngành sản xuất thiết bị gia công bán dẫn, hoặc thậm chí là cả ngành bán dẫn.
Để dễ so sánh, những cỗ máy quang khắc EUV hiện tại đang ứng dụng thiết kế 6 gương phản chiếu tia EUV để định hướng nó vào từng góc của tấm wafer silicon trong quá trình quang khắc. Còn hệ thống mới của giáo sư Shintake cùng các cộng sự ở viện OIST phát triển ra chỉ cần 2 gương mà thôi.
Những cỗ máy quang khắc EUV, hiện giờ chỉ có một hãng làm được là ASML, có giá cực cao. Lấy ví dụ cỗ máy quang khắc EUV khẩu độ thấp có giá khoảng 183 triệu USD mỗi máy. High-NA Twinscan EXE:5000 mới nhất có giá lên tới 380 triệu USD. Lý do chúng đắt là vì hệ thống 6 gương điều hướng tia cực tím phải vận hành theo cách cực kỳ chính xác và thẳng hàng, để có thể quang khắc được những transistor siêu nhỏ kích thước tính bằng nano mét. Máy móc phức tạp còn vì lý do thiết bị quang khắc còn phải triệt tiêu được tình trạng lệch sóng tia sáng thường thấy ở dải cực tím.
Còn hệ thống mới được người Nhật sáng tạo ra, hệ thống 2 gương điều hướng tia UV vừa đơn giản hơn, vừa cho phép năng lượng tia EUV chạm tới tấm wafer silicon tăng gấp 10 lần, từ 1% so với thiết kế máy quang khắc EUV thương mại hiện giờ. Đó là hai khía cạnh đột phá mà người Nhật vừa giới thiệu.
Để dễ so sánh, những cỗ máy quang khắc EUV hiện tại đang ứng dụng thiết kế 6 gương phản chiếu tia EUV để định hướng nó vào từng góc của tấm wafer silicon trong quá trình quang khắc. Còn hệ thống mới của giáo sư Shintake cùng các cộng sự ở viện OIST phát triển ra chỉ cần 2 gương mà thôi.
Những cỗ máy quang khắc EUV, hiện giờ chỉ có một hãng làm được là ASML, có giá cực cao. Lấy ví dụ cỗ máy quang khắc EUV khẩu độ thấp có giá khoảng 183 triệu USD mỗi máy. High-NA Twinscan EXE:5000 mới nhất có giá lên tới 380 triệu USD. Lý do chúng đắt là vì hệ thống 6 gương điều hướng tia cực tím phải vận hành theo cách cực kỳ chính xác và thẳng hàng, để có thể quang khắc được những transistor siêu nhỏ kích thước tính bằng nano mét. Máy móc phức tạp còn vì lý do thiết bị quang khắc còn phải triệt tiêu được tình trạng lệch sóng tia sáng thường thấy ở dải cực tím.
Còn hệ thống mới được người Nhật sáng tạo ra, hệ thống 2 gương điều hướng tia UV vừa đơn giản hơn, vừa cho phép năng lượng tia EUV chạm tới tấm wafer silicon tăng gấp 10 lần, từ 1% so với thiết kế máy quang khắc EUV thương mại hiện giờ. Đó là hai khía cạnh đột phá mà người Nhật vừa giới thiệu.
Nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi giáo sư Shintake đã giải quyết được hai vấn đề của quang khắc bán dẫn tia EUV hiện tại: Ngăn chặn sai lệch sóng ánh sáng, và đảm bảo năng lượng tia UV chạm được đến tấm wafer silicon trong quá trình gia công chip bán dẫn. Họ đặt tên giải pháp mới này là dual-line-field.
Giải pháp này chiếu sáng photomask, lớp khung dùng quang khắc transistor và các lớp kết cấu chip bán dẫn lên wafer silicon mà không hề gây ảnh hưởng tới đường đi quang học của tia EUV, từ đó giảm thiểu biến dạng tia sáng, đảm bảo độ chính xác của hình ảnh trên photomask được quang khắc vào tấm wafer bán dẫn.
Lợi thế nữa của kỹ thuật quang khắc dual line field vừa được người Nhật tạo ra là đảm bảo độ tin cậy của thiết bị gia công bán dẫn, giảm thiểu nhu cầu bảo dưỡng bảo trì hệ thống. Cùng với đó, chi phí vận hành, điện năng tiêu thụ của hệ thống máy gia công cũng giảm đáng kể. Nhờ vào việc tính toán lại đường đi quang học, hệ thống quang khắc bán dẫn với nguồn tia EUV chỉ tiêu tốn có 20W, toàn bộ hệ thống vận hành tốn chưa đầy 100 kW điện. Còn những cỗ máy của ASML hiện giờ ngốn hơn 1MW điện để vận hành. Cũng nhờ việc tiêu thụ ít điện, hệ thống làm mát cho máy quang khắc cũng sẽ đơn giản hơn.
Nghiên cứu mới của người Nhật đã được thử nghiệm thông qua phần mềm mô phỏng quang học, từ đó xác nhận tiềm năng ứng dụng thực tiễn của kỹ thuật gia công bán dẫn mới này. Viện OIST đã đăng ký bản quyền sở hữu trí tuệ phát minh mới, tức là họ rất sẵn sàng thương mại hóa công nghệ này.
Hệ thống đơn giản hơn, tốn ít điện hơn, bớt phải bảo trì mà vẫn đảm bảo được chất lượng wafer bán dẫn được gia công dựa trên công nghệ mới đồng nghĩa với một việc, chip sẽ có giá thành sản xuất giảm đáng kể.
Rõ ràng phát minh mới này có tiềm năng rất lớn. Thị trường thiết bị quang khắc EUV toàn cầu được dự báo sẽ tăng về doanh thu từ 8.9 tỷ USD vào năm nay lên 17.4 tỷ USD vào năm 2030. Thiết bị rẻ hơn, vận hành đơn giản và ít bảo dưỡng hơn, ngành bán dẫn toàn cầu sẽ được tiếp cận với những hệ thống quang khắc EUV công nghệ mới trong những năm tới.
Quảng cáo
