ASML và ZEISS phác thảo Hyper-NA EUV 0,75 NA, nhưng chưa cam kết sản xuất
Thiết kế kế nhiệm High-NA có thể in chi tiết khoảng 5 nm và tái dùng nguồn sáng EUV, song vẫn là đề xuất nghiên cứu với chân trời khoảng mười năm.
Các kỹ sư của ZEISS và ASML vừa trình bày thiết kế Hyper-NA, bước tiếp theo sau máy quang khắc High-NA EUV. Bài báo được xuất bản trong số tháng 10 của Journal of Micro/Nanopatterning, Materials, and Metrology đề xuất hệ quang có khẩu độ số ít nhất 0,75, cao hơn mức 0,55 của High-NA hiện nay.
Theo Reuters, thiết kế có thể tạo chi tiết khoảng 5 nm, nhỏ hơn hơn một phần ba so với mức tham chiếu của công cụ High-NA. Nhóm tác giả cho rằng nguồn sáng EUV hiện tại có thể tái sử dụng và ZEISS đã có khả năng làm gương đạt độ chính xác cần thiết.
Nhưng đây chưa phải thông báo máy thương mại. ASML đã bắt đầu phát triển Hyper-NA song chưa cam kết sản xuất; các kỹ sư nêu chân trời khoảng mười năm. “5 nm” trong bài nói về chi tiết có thể in trong điều kiện xác định, không phải tên tiến trình chip 5 nm và cũng không có nghĩa mọi transistor sẽ mang một kích thước 5 nm.
Khẩu độ số lớn hơn giúp phân biệt chi tiết nhỏ hơn
Máy EUV chiếu mẫu từ mặt nạ lên lớp cản quang của wafer bằng ánh sáng bước sóng 13,5 nm. Vì EUV bị không khí và vật liệu thông thường hấp thụ mạnh, đường quang hoạt động trong chân không và dùng chuỗi gương nhiều lớp thay cho thấu kính kính thông thường.
Khẩu độ số, hay NA, mô tả dải góc ánh sáng mà hệ quang thu và sử dụng để tạo ảnh. Nếu các yếu tố khác giữ nguyên, NA cao hơn cải thiện độ phân giải. Máy EUV sản xuất truyền thống dùng NA 0,33; dòng High-NA nâng lên 0,55; Hyper-NA nghiên cứu mức 0,75 trở lên.
Phép so sánh này chỉ cho xu hướng. Độ phân giải còn phụ thuộc mặt nạ, chất cản quang, liều chiếu, kiểm soát tiêu cự và quy trình khắc. Một ảnh thử tốt không tự động chuyển thành sản lượng wafer cao hay tỷ lệ chip hoạt động tốt.
Giữ bước sóng 13,5 nm để tận dụng hệ sinh thái EUV
Bài báo có tên “Hyper-NA: a system with a numerical aperture of at least 0.75”, do Michael Patra, Heiko Feldmann, Jens Timo Neumann và Gerardo Bottiglieri thực hiện. Thiết kế tiếp tục dùng EUV 13,5 nm thay vì chuyển sang bước sóng ngắn hơn.
Lợi ích là tận dụng nguồn sáng và phần kiến thức đã xây dựng cho EUV. Reuters dẫn bài báo cho biết nguồn sáng hiện tại của ASML có thể dùng lại và cỗ máy chỉ lớn hơn High-NA một ít, dù bản thân High-NA đã có kích thước tương đương xe buýt hai tầng. Sau Hyper-NA, việc tăng độ phân giải có thể đòi hỏi bước sóng ngắn hơn, hướng vẫn chủ yếu ở nghiên cứu.
Tái sử dụng nguồn không có nghĩa chỉ cần thay một cụm gương. Góc chiếu lớn hơn làm hiệu ứng phân cực và cấu trúc ba chiều của mặt nạ nổi bật hơn. Độ sâu tiêu cự giảm, khiến độ phẳng wafer, đo bề mặt và điều khiển vị trí phải chặt hơn. Lớp cản quang cũng phải đủ mỏng để giữ hình dạng nhưng vẫn chịu được bước khắc sau đó.
Từ thiết kế quang đến nhà máy còn nhiều bài toán
High-NA đã cho thấy quy mô của thách thức. ZEISS mô tả cụm quang chiếu High-NA nặng khoảng 12 tấn và có hơn 40.000 chi tiết. Hyper-NA phải tăng góc thu trong khi vẫn giữ sai số bề mặt, rung, nhiệt và căn chỉnh ở mức cực nhỏ.
Ngoài quang học còn có throughput và uptime. Nếu máy in được đường nhỏ hơn nhưng cần liều sáng quá cao, xử lý ít wafer mỗi giờ hoặc thường xuyên hiệu chuẩn, chi phí trên mỗi chip có thể không hấp dẫn. Nhà sản xuất chip cũng phải phát triển mặt nạ, vật liệu, đo lường và công thức xử lý đồng thời với máy quang khắc.
ASML chưa công bố giá, cấu hình thương mại, khách hàng đặt mua hay năm giao máy. Mốc “khoảng mười năm” nên được hiểu là chân trời kỹ thuật, không phải lịch ra mắt bảo đảm. Công ty có thể điều chỉnh hoặc dừng nếu bài toán kinh tế và hiệu năng không đạt.
Vì sao một cải tiến quang học vẫn đáng chú ý
Thu nhỏ chi tiết không còn là con đường duy nhất để tăng hiệu năng; thiết kế ba chiều, chiplet và đóng gói tiên tiến ngày càng quan trọng. Dù vậy, quang khắc vẫn giới hạn số lần phải chia mẫu và số bước xử lý ở những lớp khó nhất. Nếu Hyper-NA giữ được phơi sáng đơn cho một số cấu trúc mà công nghệ cũ phải dùng nhiều lần, nó có thể giảm độ phức tạp của quy trình.
Lợi ích đó phải được đo trên wafer và ở quy mô sản xuất. Hiện tại, kết quả mới cho thấy ASML và ZEISS nhìn thấy một lộ trình quang học khả thi sau 0,55 NA. Bước tiếp theo là nguyên mẫu tích hợp, thử mặt nạ và cản quang, rồi chứng minh độ ổn định, năng suất và chi phí.
Nguồn ảnh đại diện: ZEISS SMT, cụm quang chiếu High-NA EUV hiện có dùng để minh họa nền tảng; đây không phải ảnh nguyên mẫu Hyper-NA.
