Trung Đào
Writer
Diễn đàn ITF Nhật Bản 2025, do viện nghiên cứu imec của Bỉ tổ chức, đã được tổ chức vào ngày 10 tháng 11 tại khách sạn Grand Hyatt ở Tokyo. Tại một cuộc họp báo bắt đầu lúc 11 giờ sáng đã được thông báo rằng Giám đốc điều hành hiện tại Luke van den Hove sẽ trở thành chủ tịch vào ngày 1 tháng 4 năm 2026 và Patrick van der Nameer đã được bổ nhiệm làm người kế nhiệm.
Van den Hove đã hỗ trợ imec kể từ khi thành lập và kể từ năm 2009 với tư cách là Giám đốc điều hành, ông đã có những đóng góp xuất sắc cho vị trí hiện tại của imec, hiện được gọi là "dẫn đầu lộ trình thế giới về chất bán dẫn tiên tiến". Từ tháng 4 năm 2025, ông sẽ giữ chức Chủ tịch, giám sát chiến lược chính trị, ngoại giao và kỹ thuật của imec, đồng thời cam kết hỗ trợ tầm nhìn tương lai và phạm vi quốc tế của imec.
Ngược lại, Giám đốc điều hành mới, Vandenameele, có nhiều năm kinh nghiệm và trước đây từng là phó chủ tịch điều hành (EVP) của imec, chịu trách nhiệm chung về R&D. Trong tương lai, ông được kỳ vọng sẽ tiếp tục tầm nhìn của Van den Hove là trở thành "CEO có nền tảng kỹ thuật sâu" và củng cố hơn nữa ứng dụng thực tế của nghiên cứu quy trình tiên tiến và hệ thống hợp tác quốc tế.
Akio Hirahara, Giám đốc đại diện, Giám đốc điều hành cấp cao kiêm Tổng giám đốc Bộ phận Giải pháp ICT của Mitsui Chemicals, đã có bài thuyết trình với tiêu đề "Hóa học và Hợp tác: Thúc đẩy hệ sinh thái bán dẫn của tương lai".
Akio Hirahara đề cập rằng mặt nạ là một trong những thách thức chính mà công nghệ tiếp xúc với tia cực tím (EUV) phải đối mặt, một công nghệ phơi sáng tiên tiến. ASML đã cung cấp hơn 300 thiết bị phơi nhiễm EUV trong thập kỷ qua. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức kỹ thuật với chất cản quang EUV và không có chất cản quang nào được phát triển để đáp ứng các thông số kỹ thuật cho các ứng dụng sản xuất quy mô lớn. Do đó, nhiều nhà sản xuất chất bán dẫn vẫn đang thực hiện phơi sáng EUV mà không sử dụng chất cản quang.
Số lượng thiết bị EUV tích lũy thuộc sở hữu của các nhà sản xuất chất bán dẫn và tổng số thiết bị EUV trên toàn thế giới. Nguồn: Ước tính Nghiên cứu Toàn cầu của Bank of America (2021-2025) và Ước tính của tác giả (2016-2020)
Bài báo này trước tiên mô tả vai trò của màng chống tia cực tím và các vấn đề hiện tại cần giải quyết. Thứ hai, chúng tôi sẽ giới thiệu màng quang cản ống nano carbon (CNT) đang được phát triển bởi Mitsui Chemicals, hiện đang thu hút rất nhiều sự chú ý như một vật liệu ứng cử viên tiềm năng. Cuối cùng, triển vọng phát triển trong tương lai của phim chống tia cực tím cực đoan sẽ được thảo luận.
Ban đầu người ta kết luận rằng có sự đánh đổi giữa độ truyền ánh sáng của EUV 13,5 nm và độ bền (tuổi thọ) của màng ống nano carbon, khiến việc tìm ra giải pháp tốt nhất trở nên khó khăn. Do đó, các nhà sản xuất chất bán dẫn tiên tiến sử dụng công nghệ EUV dự kiến sẽ tiếp tục buộc phải đưa ra những quyết định khó khăn về việc có nên sử dụng màng ống nano carbon hay không
Vai trò của phim EUV
Vai trò của điện trở quang EUV sẽ được giải thích bằng hình dưới đây. Chất cản quang là một lớp màng bảo vệ mỏng được lắp đặt để ngăn các vật thể lạ bám vào bề mặt của chất cản quang.
Vai trò của phim EUV và khóa khí động (DGL) [Bấm để phóng to] Nguồn: Mark van de Kerkhof và cộng sự (ASML), "Phim EUV truyền dẫn cao hỗ trợ >công suất nguồn 400W", Kỷ yếu Hội nghị SPIE Vol. 12051 120510B-1, tác giả cho biết thêm.
Nếu các hạt bám vào mặt nạ, bóng của chúng có thể được chiếu lên chất cản quang trên tấm wafer trong quá trình phơi sáng, gây ra khuyết tật. Tuy nhiên, nếu các hạt bám vào lớp màng bảo vệ được bao phủ bởi mặt nạ, các hạt đó sẽ bị mất nét và không gây ra khuyết tật trên tấm wafer. Nói cách khác, vai trò chính của màng bảo vệ là bảo vệ mặt nạ quang khỏi các hạt.
Điều kiện hoạt động của thiết bị cản quang EUV hoàn toàn khác với điều kiện hoạt động được sử dụng trong thiết bị phơi sáng KrF có bước sóng 248 nm và thiết bị phơi sáng ArF có bước sóng 193 nm. Thiết bị phơi sáng KrF và ArF sử dụng mặt nạ và thấu kính in thạch bản truyền qua, vì vậy chất cản quang chỉ hoạt động khi các bước sóng ánh sáng này đi qua điện trở quang.
Mặt khác, khi tiếp xúc với tia cực tím (EUV), ánh sáng có bước sóng 13,5 nanomet được phản xạ và hội tụ nhiều lần bởi một gương nhiều lớp và sau đó chiếu vào mặt nạ, sau đó được hướng đến lớp cản quang trên tấm wafer. Do đó, tia cực tím cực đoan đi qua mặt nạ hai lần trong chuyến đi khứ hồi.
Một vấn đề khác là các nguồn sáng EUV không chỉ phát ra ánh sáng ở bước sóng 13,5 nm mà còn phát ra các ánh sáng khác, chẳng hạn như tia cực tím sâu (DUV). Nếu tia UV sâu chiếu vào chất cản quang, nó có thể có tác động nghiêm trọng đến sự hình thành mẫu. Do đó, một lớp màng mỏng gọi là khóa khí động (DGL) phải được đặt phía trước tấm wafer để chặn tia UV sâu.
Nếu độ truyền của phim hoặc phim DGL thấp, cường độ chiếu xạ trên quang điện trở sẽ giảm, dẫn đến giảm độ phân giải và giảm thông lượng.
Vì vậy, độ truyền hiện tại của điện trở quang cực tím là bao nhiêu?
Lộ trình phim EUV
Hình ảnh dưới đây cho thấy lộ trình của ASML cho phim quang kháng EUV. Khoảng năm 2018, ASML đã phát triển một màng quang kháng với lõi polysilicon (p-Si). Khi ánh sáng đi qua phim chỉ một lần (độ truyền EUV qua phim trong một lần lượt), độ truyền của nó là 82%; Nhưng khi ánh sáng đi qua phim ba lần, tổng độ truyền của EUV giảm xuống còn 57%. Nói cách khác, lượng ánh sáng EUV đến quang điện trở giảm khoảng một nửa do sự hiện diện của màng quang điện và DGL.
Lộ trình phim EUV của ASML. Nguồn: Anthony Yen (ASML), "Tổng quan và triển vọng về in thạch bản EUV", Trang trình bày hội thảo in thạch bản thế hệ tiếp theo (ngày 4/7/2024)
Đến năm 2024, độ truyền của ánh sáng EUV sẽ đạt 90% trong một lần và 73% trong lần thứ ba. Vật liệu phim được dán nhãn "Composite +" và rất có thể sử dụng ống nano carbon.
Tuy nhiên, vẫn còn một số vấn đề quan trọng cần được giải quyết trước khi màng ống nano carbon có thể được sử dụng để sản xuất hàng loạt.
Các vấn đề với màng ống nano carbon là gì?
Con số này đã được công bố trong kỷ yếu của imec tại Hội nghị in thạch bản quốc tế SPIE 2017.
Vấn đề với màng ống nano carbon (CNT). Nguồn: Ivan Pollentier và cộng sự (imec), "Giải pháp màng mới cho phim EUV: Tốt hơn hay tệ hơn –", Kỷ yếu hội nghị SPIE Vol. 10143 trang 101430L-2, tác giả thêm
Đầu tiên, vì tia cực tím cực đoan có bước sóng 13,5 nm được oxy trong không khí hấp thụ, nên có một môi trường chân không bên trong thiết bị tiếp xúc với tia cực tím. Ngoài ra, hydro được đưa vào thiết bị tiếp xúc để ngăn các chất ô nhiễm dựa trên carbon từ các nguồn sáng cực tím làm giảm độ phản xạ của bề mặt gương. Điều này là do các gốc hydro do tiếp xúc với tia cực tím cực đoan có thể loại bỏ carbon bám vào bề mặt gương thông qua các phản ứng hóa học.
Tuy nhiên, các gốc hydro này cũng "tấn công" màng ống nano carbon. Như đã thấy, các sợi carbon tạo nên ống nano carbon dần dần được khắc bởi các gốc hydro. Kết quả là, sau khoảng 50 giờ tiếp xúc với tia cực tím cực đoan, cấu trúc của mạng lưới ống nano carbon đã bị phá hủy đáng kể, khiến nó trở nên xốp. Ở trạng thái này, nó không còn có thể hoạt động như một bộ phim.
Do đó, để ngăn chặn sự hư hỏng do các gốc hydro gây ra, các nhà nghiên cứu đã nghĩ ra một phương pháp phủ bề mặt của ống nano carbon bằng một lớp màng kim loại mỏng. Một ví dụ về phương pháp này đã được trình bày, trong đó các thí nghiệm xác nhận rằng ngay cả sau 500 giờ thử nghiệm gốc hydro, màng ống nano carbon được phủ bằng màng kim loại hầu như không bị hư hại.
Tuy nhiên, có một lỗ hổng nghiêm trọng trong lớp phủ kim loại này. Khi không được phủ một lớp phủ kim loại, độ truyền tia UV cực cao là 96%, giảm xuống 90% sau khi phủ. Ngoài ra, sau 500 giờ thử nghiệm gốc hydro, các sợi ống nano carbon dường như dày lên do sự lắng đọng carbon và các lý do khác. Do đó, độ truyền của màng ống nano carbon có khả năng thấp hơn nữa dưới 90%.
Do đó, có một vấn đề cơ bản với màng ống nano carbon: mặc dù tốt nhất là tránh lớp phủ kim loại để duy trì độ truyền tia cực tím cực cao, nhưng ống nano carbon bị mòn nhanh chóng khi tiếp xúc với các gốc hydro và việc áp dụng lớp phủ kim loại để ngăn chặn sự xói mòn gốc hydro có thể dẫn đến giảm đáng kể độ truyền.
Nói tóm lại, có một sự đánh đổi giữa khả năng truyền ánh sáng và tuổi thọ của màng ống nano carbon. Do đó, để áp dụng màng ống nano carbon cho các thiết bị tiếp xúc với tia cực tím cực đoan, điều quan trọng là phải nghiên cứu kỹ thuật vật liệu mới để giải quyết sự đánh đổi này. Tuy nhiên, đây là một câu hỏi rất khó.
Mitsui Chemicals đã đề cập đến màng ống nano carbon trong thông báo của mình
Mitsui Chemicals thông báo rằng họ đã phát triển màng ống nano carbon trong 15 năm. Mười lăm năm trước vào năm 2010, khi thiết bị in thạch bản cực tím vẫn chưa có mặt trên thị trường. Đáng ngạc nhiên là họ bắt đầu phát triển màng ống nano carbon vào thời điểm đó.
Hình 6: Mitsui Chemicals đã tiến hành nghiên cứu về màng mỏng ống nano carbon (CNT) trong 15 năm [Bấm để phóng to] Nguồn: Akio Hirahara (Mitsui Chemicals), "Hóa học và Hợp tác: Cung cấp năng lượng cho hệ sinh thái bán dẫn trong tương lai" (Diễn đàn Công nghệ Bán dẫn Quốc tế Nhật Bản 2025)
Nhìn lại lịch sử, Mitsui Chemicals đã ký thỏa thuận cấp phép với ASM vào tháng 5 năm 2019 cho hoạt động kinh doanh photoresist EUV, có được quyền sản xuất và bán hàng. Sau đó, công ty chính thức thông báo bắt đầu sản xuất thương mại chất cản quang EUV vào ngày 26 tháng 5 năm 2021. Các sản phẩm đầu tiên là chất cản quang với cấu trúc lõi silicon đa tinh thể.
Tuy nhiên, với nhu cầu thị trường về độ truyền ánh sáng cao hơn, Mitsui Chemicals đã quyết định chuyển từ vật liệu lõi polysilicon sang vật liệu ống nano carbon. Theo lộ trình do công ty đưa ra (mặc dù chi tiết vẫn chưa được công bố), công ty dự kiến sẽ bắt đầu phát triển và sản xuất toàn diện màng ống nano carbon vào khoảng năm 2025.
Hình sau đây tóm tắt hiệu suất của màng ống nano carbon mới được phát hành. Độ truyền qua là 94% đối với một lần tiếp xúc với tia cực tím và khoảng 83% đối với chiếu xạ ba lần. Màng có tuổi thọ từ 5.000 đến 10.000 tờ và không chứa bất kỳ vật lạ nào lớn hơn 20 μm.
Lộ trình chống quang EUV của Mitsui Chemicals. Nguồn: Akio Hirahara (Mitsui Chemicals), "Hóa học và Hợp tác: Cung cấp năng lượng cho hệ sinh thái bán dẫn tương lai" (ITF Nhật Bản 2025)
Tính chất của màng ống nano carbon (CNT) của Mitsui Chemicals. Nguồn: Akio Hirahara (Mitsui Chemicals), "Hóa học và Hợp tác: Cung cấp năng lượng cho hệ sinh thái bán dẫn tương lai" (ITF Nhật Bản 2025)
Đánh giá bởi độ truyền tia cực tím cực cao 94% và tuổi thọ chỉ từ 5.000 đến 10.000 tờ, những ống nano carbon này có khả năng không được bọc kim loại. Tuy nhiên, các nhà sản xuất chất bán dẫn tiên tiến thường yêu cầu tuổi thọ từ 30.000 tờ trở lên. Do đó, thách thức lớn nhất trong tương lai có thể là làm thế nào để tăng tuổi thọ mà không phải hy sinh độ truyền.
Ngoài ra, Mitsui Chemicals cũng trình bày lộ trình EUV của ASML. Trong hình ảnh bên dưới, "NXE: 3800F", dự kiến phát hành vào khoảng năm 2027, được đánh dấu bằng một hộp màu vàng. Từ đó, có thể suy ra rằng Mitsui Chemicals có kế hoạch tích hợp màng ống nano carbon hiện đang được phát triển vào NXE: 3800F.
Dự kiến sẽ trang bị cho NXE:3800F một màng ống nano carbon khi ra mắt vào năm 2027. Nguồn: Akio Hirahara (Mitsui Chemicals), "Hóa học và Hợp tác: Cung cấp năng lượng cho hệ sinh thái bán dẫn tương lai" (Triển lãm Công nghệ Bán dẫn Quốc tế Nhật Bản 2025)
Triển vọng cho chất cản quang EUV
Đã một thập kỷ kể từ khi ASML lần đầu tiên phát hành công cụ tiếp xúc EUV vào năm 2016. Với hơn 300 thiết bị được xuất xưởng trong thập kỷ qua, EUV không còn chỉ là một "công nghệ của tương lai" mà còn là một công ty lớn trong lĩnh vực sản xuất chất bán dẫn.
Việc TSMC ứng dụng rộng rãi công nghệ in thạch bản EUV là ví dụ điển hình nhất. Năm 2019, công nghệ in thạch bản EUV lần đầu tiên được áp dụng để sản xuất hàng loạt quy trình 7nm+, chỉ được áp dụng cho khoảng năm lớp chất bán dẫn vào thời điểm đó. Tuy nhiên, chỉ vài năm sau, trong kỷ nguyên của quy trình 3nm, con số này đã tăng lên đáng kể lên hơn 20 lớp. Kỹ thuật in thạch bản EUV đã trở thành một yếu tố quan trọng trong việc xác định năng suất và hiệu suất của chất bán dẫn tiên tiến.
Tuy nhiên, trong khi công nghệ EUV đang trở nên phổ biến hơn, vẫn có một số vấn đề không thể bỏ qua.
- Sản xuất hàng loạt chất cản quang EUV vẫn chưa được hoàn thành.
Hiện tại không có màng quang điện nào trên thị trường đáp ứng các tiêu chuẩn của các nhà sản xuất chất bán dẫn tiên tiến. Do đó, một số nhà sản xuất chất bán dẫn có thể thực hiện phơi sáng thạch bản UV cực cao mà không cần màng quang kháng và liên tục làm sạch chất cản quang. Trong thời đại ngày nay, nơi các mạch logic tiên tiến yêu cầu 20 lớp in thạch bản cực tím, cách tiếp cận này là cực kỳ bất hợp lý. Ô nhiễm photoresist ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất, trong khi làm sạch nhiều lần có thể làm giảm năng suất.
Vậy, cuộc đua R&D photoresist EUV đang tiến triển như thế nào? Các công ty lớn hiện tại, ngoài Mitsui Chemicals, bao gồm Canatu của Phần Lan, FST của Hàn Quốc, S&STech của Hàn Quốc, Lintec của Nhật Bản và NGK Insulators của Nhật Bản, tất cả đều tiếp tục tìm kiếm các giải pháp cho chất cản quang thế hệ tiếp theo.
Tuy nhiên, vẫn chưa thể dự đoán tổ chức nào cuối cùng sẽ có thể phát triển phim in thạch bản cực tím có thể được sử dụng để sản xuất hàng loạt. Nói cách khác, mọi công ty vẫn có cơ hội. Với sự tăng trưởng bùng nổ về nhu cầu in thạch bản cực tím, tác động của việc thống trị thị trường này sẽ là không thể đo lường được.
Trong kỷ nguyên của chất bán dẫn trí tuệ nhân tạo, phim in thạch bản cực tím có thể là "lĩnh vực cuối cùng chưa được khám phá". Các tổ chức sẽ sử dụng những công nghệ nào để tạo sự khác biệt trong tương lai? Chúng tôi sẽ tiếp tục theo dõi chặt chẽ những diễn biến này.
(Bài viết sử dụng Google dịch để dịch ảnh, có gì sai sót mong thông cảm
)
Van den Hove đã hỗ trợ imec kể từ khi thành lập và kể từ năm 2009 với tư cách là Giám đốc điều hành, ông đã có những đóng góp xuất sắc cho vị trí hiện tại của imec, hiện được gọi là "dẫn đầu lộ trình thế giới về chất bán dẫn tiên tiến". Từ tháng 4 năm 2025, ông sẽ giữ chức Chủ tịch, giám sát chiến lược chính trị, ngoại giao và kỹ thuật của imec, đồng thời cam kết hỗ trợ tầm nhìn tương lai và phạm vi quốc tế của imec.
Ngược lại, Giám đốc điều hành mới, Vandenameele, có nhiều năm kinh nghiệm và trước đây từng là phó chủ tịch điều hành (EVP) của imec, chịu trách nhiệm chung về R&D. Trong tương lai, ông được kỳ vọng sẽ tiếp tục tầm nhìn của Van den Hove là trở thành "CEO có nền tảng kỹ thuật sâu" và củng cố hơn nữa ứng dụng thực tế của nghiên cứu quy trình tiên tiến và hệ thống hợp tác quốc tế.
Akio Hirahara, Giám đốc đại diện, Giám đốc điều hành cấp cao kiêm Tổng giám đốc Bộ phận Giải pháp ICT của Mitsui Chemicals, đã có bài thuyết trình với tiêu đề "Hóa học và Hợp tác: Thúc đẩy hệ sinh thái bán dẫn của tương lai".
Akio Hirahara đề cập rằng mặt nạ là một trong những thách thức chính mà công nghệ tiếp xúc với tia cực tím (EUV) phải đối mặt, một công nghệ phơi sáng tiên tiến. ASML đã cung cấp hơn 300 thiết bị phơi nhiễm EUV trong thập kỷ qua. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức kỹ thuật với chất cản quang EUV và không có chất cản quang nào được phát triển để đáp ứng các thông số kỹ thuật cho các ứng dụng sản xuất quy mô lớn. Do đó, nhiều nhà sản xuất chất bán dẫn vẫn đang thực hiện phơi sáng EUV mà không sử dụng chất cản quang.
Số lượng thiết bị EUV tích lũy thuộc sở hữu của các nhà sản xuất chất bán dẫn và tổng số thiết bị EUV trên toàn thế giới. Nguồn: Ước tính Nghiên cứu Toàn cầu của Bank of America (2021-2025) và Ước tính của tác giả (2016-2020)
Bài báo này trước tiên mô tả vai trò của màng chống tia cực tím và các vấn đề hiện tại cần giải quyết. Thứ hai, chúng tôi sẽ giới thiệu màng quang cản ống nano carbon (CNT) đang được phát triển bởi Mitsui Chemicals, hiện đang thu hút rất nhiều sự chú ý như một vật liệu ứng cử viên tiềm năng. Cuối cùng, triển vọng phát triển trong tương lai của phim chống tia cực tím cực đoan sẽ được thảo luận.
Ban đầu người ta kết luận rằng có sự đánh đổi giữa độ truyền ánh sáng của EUV 13,5 nm và độ bền (tuổi thọ) của màng ống nano carbon, khiến việc tìm ra giải pháp tốt nhất trở nên khó khăn. Do đó, các nhà sản xuất chất bán dẫn tiên tiến sử dụng công nghệ EUV dự kiến sẽ tiếp tục buộc phải đưa ra những quyết định khó khăn về việc có nên sử dụng màng ống nano carbon hay không
Vai trò của phim EUV
Vai trò của điện trở quang EUV sẽ được giải thích bằng hình dưới đây. Chất cản quang là một lớp màng bảo vệ mỏng được lắp đặt để ngăn các vật thể lạ bám vào bề mặt của chất cản quang.
Vai trò của phim EUV và khóa khí động (DGL) [Bấm để phóng to] Nguồn: Mark van de Kerkhof và cộng sự (ASML), "Phim EUV truyền dẫn cao hỗ trợ >công suất nguồn 400W", Kỷ yếu Hội nghị SPIE Vol. 12051 120510B-1, tác giả cho biết thêm.
Nếu các hạt bám vào mặt nạ, bóng của chúng có thể được chiếu lên chất cản quang trên tấm wafer trong quá trình phơi sáng, gây ra khuyết tật. Tuy nhiên, nếu các hạt bám vào lớp màng bảo vệ được bao phủ bởi mặt nạ, các hạt đó sẽ bị mất nét và không gây ra khuyết tật trên tấm wafer. Nói cách khác, vai trò chính của màng bảo vệ là bảo vệ mặt nạ quang khỏi các hạt.
Điều kiện hoạt động của thiết bị cản quang EUV hoàn toàn khác với điều kiện hoạt động được sử dụng trong thiết bị phơi sáng KrF có bước sóng 248 nm và thiết bị phơi sáng ArF có bước sóng 193 nm. Thiết bị phơi sáng KrF và ArF sử dụng mặt nạ và thấu kính in thạch bản truyền qua, vì vậy chất cản quang chỉ hoạt động khi các bước sóng ánh sáng này đi qua điện trở quang.
Mặt khác, khi tiếp xúc với tia cực tím (EUV), ánh sáng có bước sóng 13,5 nanomet được phản xạ và hội tụ nhiều lần bởi một gương nhiều lớp và sau đó chiếu vào mặt nạ, sau đó được hướng đến lớp cản quang trên tấm wafer. Do đó, tia cực tím cực đoan đi qua mặt nạ hai lần trong chuyến đi khứ hồi.
Một vấn đề khác là các nguồn sáng EUV không chỉ phát ra ánh sáng ở bước sóng 13,5 nm mà còn phát ra các ánh sáng khác, chẳng hạn như tia cực tím sâu (DUV). Nếu tia UV sâu chiếu vào chất cản quang, nó có thể có tác động nghiêm trọng đến sự hình thành mẫu. Do đó, một lớp màng mỏng gọi là khóa khí động (DGL) phải được đặt phía trước tấm wafer để chặn tia UV sâu.
Nếu độ truyền của phim hoặc phim DGL thấp, cường độ chiếu xạ trên quang điện trở sẽ giảm, dẫn đến giảm độ phân giải và giảm thông lượng.
Vì vậy, độ truyền hiện tại của điện trở quang cực tím là bao nhiêu?
Lộ trình phim EUV
Hình ảnh dưới đây cho thấy lộ trình của ASML cho phim quang kháng EUV. Khoảng năm 2018, ASML đã phát triển một màng quang kháng với lõi polysilicon (p-Si). Khi ánh sáng đi qua phim chỉ một lần (độ truyền EUV qua phim trong một lần lượt), độ truyền của nó là 82%; Nhưng khi ánh sáng đi qua phim ba lần, tổng độ truyền của EUV giảm xuống còn 57%. Nói cách khác, lượng ánh sáng EUV đến quang điện trở giảm khoảng một nửa do sự hiện diện của màng quang điện và DGL.
Lộ trình phim EUV của ASML. Nguồn: Anthony Yen (ASML), "Tổng quan và triển vọng về in thạch bản EUV", Trang trình bày hội thảo in thạch bản thế hệ tiếp theo (ngày 4/7/2024)
Đến năm 2024, độ truyền của ánh sáng EUV sẽ đạt 90% trong một lần và 73% trong lần thứ ba. Vật liệu phim được dán nhãn "Composite +" và rất có thể sử dụng ống nano carbon.
Tuy nhiên, vẫn còn một số vấn đề quan trọng cần được giải quyết trước khi màng ống nano carbon có thể được sử dụng để sản xuất hàng loạt.
Các vấn đề với màng ống nano carbon là gì?
Con số này đã được công bố trong kỷ yếu của imec tại Hội nghị in thạch bản quốc tế SPIE 2017.
Vấn đề với màng ống nano carbon (CNT). Nguồn: Ivan Pollentier và cộng sự (imec), "Giải pháp màng mới cho phim EUV: Tốt hơn hay tệ hơn –", Kỷ yếu hội nghị SPIE Vol. 10143 trang 101430L-2, tác giả thêm
Đầu tiên, vì tia cực tím cực đoan có bước sóng 13,5 nm được oxy trong không khí hấp thụ, nên có một môi trường chân không bên trong thiết bị tiếp xúc với tia cực tím. Ngoài ra, hydro được đưa vào thiết bị tiếp xúc để ngăn các chất ô nhiễm dựa trên carbon từ các nguồn sáng cực tím làm giảm độ phản xạ của bề mặt gương. Điều này là do các gốc hydro do tiếp xúc với tia cực tím cực đoan có thể loại bỏ carbon bám vào bề mặt gương thông qua các phản ứng hóa học.
Tuy nhiên, các gốc hydro này cũng "tấn công" màng ống nano carbon. Như đã thấy, các sợi carbon tạo nên ống nano carbon dần dần được khắc bởi các gốc hydro. Kết quả là, sau khoảng 50 giờ tiếp xúc với tia cực tím cực đoan, cấu trúc của mạng lưới ống nano carbon đã bị phá hủy đáng kể, khiến nó trở nên xốp. Ở trạng thái này, nó không còn có thể hoạt động như một bộ phim.
Do đó, để ngăn chặn sự hư hỏng do các gốc hydro gây ra, các nhà nghiên cứu đã nghĩ ra một phương pháp phủ bề mặt của ống nano carbon bằng một lớp màng kim loại mỏng. Một ví dụ về phương pháp này đã được trình bày, trong đó các thí nghiệm xác nhận rằng ngay cả sau 500 giờ thử nghiệm gốc hydro, màng ống nano carbon được phủ bằng màng kim loại hầu như không bị hư hại.
Tuy nhiên, có một lỗ hổng nghiêm trọng trong lớp phủ kim loại này. Khi không được phủ một lớp phủ kim loại, độ truyền tia UV cực cao là 96%, giảm xuống 90% sau khi phủ. Ngoài ra, sau 500 giờ thử nghiệm gốc hydro, các sợi ống nano carbon dường như dày lên do sự lắng đọng carbon và các lý do khác. Do đó, độ truyền của màng ống nano carbon có khả năng thấp hơn nữa dưới 90%.
Do đó, có một vấn đề cơ bản với màng ống nano carbon: mặc dù tốt nhất là tránh lớp phủ kim loại để duy trì độ truyền tia cực tím cực cao, nhưng ống nano carbon bị mòn nhanh chóng khi tiếp xúc với các gốc hydro và việc áp dụng lớp phủ kim loại để ngăn chặn sự xói mòn gốc hydro có thể dẫn đến giảm đáng kể độ truyền.
Nói tóm lại, có một sự đánh đổi giữa khả năng truyền ánh sáng và tuổi thọ của màng ống nano carbon. Do đó, để áp dụng màng ống nano carbon cho các thiết bị tiếp xúc với tia cực tím cực đoan, điều quan trọng là phải nghiên cứu kỹ thuật vật liệu mới để giải quyết sự đánh đổi này. Tuy nhiên, đây là một câu hỏi rất khó.
Mitsui Chemicals đã đề cập đến màng ống nano carbon trong thông báo của mình
Mitsui Chemicals thông báo rằng họ đã phát triển màng ống nano carbon trong 15 năm. Mười lăm năm trước vào năm 2010, khi thiết bị in thạch bản cực tím vẫn chưa có mặt trên thị trường. Đáng ngạc nhiên là họ bắt đầu phát triển màng ống nano carbon vào thời điểm đó.
Hình 6: Mitsui Chemicals đã tiến hành nghiên cứu về màng mỏng ống nano carbon (CNT) trong 15 năm [Bấm để phóng to] Nguồn: Akio Hirahara (Mitsui Chemicals), "Hóa học và Hợp tác: Cung cấp năng lượng cho hệ sinh thái bán dẫn trong tương lai" (Diễn đàn Công nghệ Bán dẫn Quốc tế Nhật Bản 2025)
Nhìn lại lịch sử, Mitsui Chemicals đã ký thỏa thuận cấp phép với ASM vào tháng 5 năm 2019 cho hoạt động kinh doanh photoresist EUV, có được quyền sản xuất và bán hàng. Sau đó, công ty chính thức thông báo bắt đầu sản xuất thương mại chất cản quang EUV vào ngày 26 tháng 5 năm 2021. Các sản phẩm đầu tiên là chất cản quang với cấu trúc lõi silicon đa tinh thể.
Tuy nhiên, với nhu cầu thị trường về độ truyền ánh sáng cao hơn, Mitsui Chemicals đã quyết định chuyển từ vật liệu lõi polysilicon sang vật liệu ống nano carbon. Theo lộ trình do công ty đưa ra (mặc dù chi tiết vẫn chưa được công bố), công ty dự kiến sẽ bắt đầu phát triển và sản xuất toàn diện màng ống nano carbon vào khoảng năm 2025.
Hình sau đây tóm tắt hiệu suất của màng ống nano carbon mới được phát hành. Độ truyền qua là 94% đối với một lần tiếp xúc với tia cực tím và khoảng 83% đối với chiếu xạ ba lần. Màng có tuổi thọ từ 5.000 đến 10.000 tờ và không chứa bất kỳ vật lạ nào lớn hơn 20 μm.
Lộ trình chống quang EUV của Mitsui Chemicals. Nguồn: Akio Hirahara (Mitsui Chemicals), "Hóa học và Hợp tác: Cung cấp năng lượng cho hệ sinh thái bán dẫn tương lai" (ITF Nhật Bản 2025)
Tính chất của màng ống nano carbon (CNT) của Mitsui Chemicals. Nguồn: Akio Hirahara (Mitsui Chemicals), "Hóa học và Hợp tác: Cung cấp năng lượng cho hệ sinh thái bán dẫn tương lai" (ITF Nhật Bản 2025)
Đánh giá bởi độ truyền tia cực tím cực cao 94% và tuổi thọ chỉ từ 5.000 đến 10.000 tờ, những ống nano carbon này có khả năng không được bọc kim loại. Tuy nhiên, các nhà sản xuất chất bán dẫn tiên tiến thường yêu cầu tuổi thọ từ 30.000 tờ trở lên. Do đó, thách thức lớn nhất trong tương lai có thể là làm thế nào để tăng tuổi thọ mà không phải hy sinh độ truyền.
Ngoài ra, Mitsui Chemicals cũng trình bày lộ trình EUV của ASML. Trong hình ảnh bên dưới, "NXE: 3800F", dự kiến phát hành vào khoảng năm 2027, được đánh dấu bằng một hộp màu vàng. Từ đó, có thể suy ra rằng Mitsui Chemicals có kế hoạch tích hợp màng ống nano carbon hiện đang được phát triển vào NXE: 3800F.
Dự kiến sẽ trang bị cho NXE:3800F một màng ống nano carbon khi ra mắt vào năm 2027. Nguồn: Akio Hirahara (Mitsui Chemicals), "Hóa học và Hợp tác: Cung cấp năng lượng cho hệ sinh thái bán dẫn tương lai" (Triển lãm Công nghệ Bán dẫn Quốc tế Nhật Bản 2025)
Triển vọng cho chất cản quang EUV
Đã một thập kỷ kể từ khi ASML lần đầu tiên phát hành công cụ tiếp xúc EUV vào năm 2016. Với hơn 300 thiết bị được xuất xưởng trong thập kỷ qua, EUV không còn chỉ là một "công nghệ của tương lai" mà còn là một công ty lớn trong lĩnh vực sản xuất chất bán dẫn.
Việc TSMC ứng dụng rộng rãi công nghệ in thạch bản EUV là ví dụ điển hình nhất. Năm 2019, công nghệ in thạch bản EUV lần đầu tiên được áp dụng để sản xuất hàng loạt quy trình 7nm+, chỉ được áp dụng cho khoảng năm lớp chất bán dẫn vào thời điểm đó. Tuy nhiên, chỉ vài năm sau, trong kỷ nguyên của quy trình 3nm, con số này đã tăng lên đáng kể lên hơn 20 lớp. Kỹ thuật in thạch bản EUV đã trở thành một yếu tố quan trọng trong việc xác định năng suất và hiệu suất của chất bán dẫn tiên tiến.
Tuy nhiên, trong khi công nghệ EUV đang trở nên phổ biến hơn, vẫn có một số vấn đề không thể bỏ qua.
- Sản xuất hàng loạt chất cản quang EUV vẫn chưa được hoàn thành.
Hiện tại không có màng quang điện nào trên thị trường đáp ứng các tiêu chuẩn của các nhà sản xuất chất bán dẫn tiên tiến. Do đó, một số nhà sản xuất chất bán dẫn có thể thực hiện phơi sáng thạch bản UV cực cao mà không cần màng quang kháng và liên tục làm sạch chất cản quang. Trong thời đại ngày nay, nơi các mạch logic tiên tiến yêu cầu 20 lớp in thạch bản cực tím, cách tiếp cận này là cực kỳ bất hợp lý. Ô nhiễm photoresist ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất, trong khi làm sạch nhiều lần có thể làm giảm năng suất.
Vậy, cuộc đua R&D photoresist EUV đang tiến triển như thế nào? Các công ty lớn hiện tại, ngoài Mitsui Chemicals, bao gồm Canatu của Phần Lan, FST của Hàn Quốc, S&STech của Hàn Quốc, Lintec của Nhật Bản và NGK Insulators của Nhật Bản, tất cả đều tiếp tục tìm kiếm các giải pháp cho chất cản quang thế hệ tiếp theo.
Tuy nhiên, vẫn chưa thể dự đoán tổ chức nào cuối cùng sẽ có thể phát triển phim in thạch bản cực tím có thể được sử dụng để sản xuất hàng loạt. Nói cách khác, mọi công ty vẫn có cơ hội. Với sự tăng trưởng bùng nổ về nhu cầu in thạch bản cực tím, tác động của việc thống trị thị trường này sẽ là không thể đo lường được.
Trong kỷ nguyên của chất bán dẫn trí tuệ nhân tạo, phim in thạch bản cực tím có thể là "lĩnh vực cuối cùng chưa được khám phá". Các tổ chức sẽ sử dụng những công nghệ nào để tạo sự khác biệt trong tương lai? Chúng tôi sẽ tiếp tục theo dõi chặt chẽ những diễn biến này.
(Bài viết sử dụng Google dịch để dịch ảnh, có gì sai sót mong thông cảm
)
