Vấn đề EUV
về phía thương mại hoá, EUV gặp vấn đề xuất lượng: mỗi máy có thể sản xuất bao nhiêu wafer trong một khoảng thời gian nhất định
tiến trình N5 của TSMC có 14-15 lớp EUV - máy EUV chậm hơn máy cũ
năm 2020 TSMC mở hầu bao mua càng máy EUV - ASML làm được bao nhiêu là mua hết
nửa cuối năm 2020 TSMC đã có một nửa số máy cài đặt [installed base]
nhưng mỗi wafer N5 được ước tính bởi các chuyên gia là giá thành ngang chiếc xe: gần 17000 đôla - trên lý thuyết tăng 80% giá
bước [node] tiếp theo N3 sẽ có 20-25 lớp EUV
Đa mẫu hình
kỹ thuật sẽ thêm lượt phơi sáng để cải thiện mật độ chức năng
việc này sẽ gấp đôi hoặc thậm chí gấp ba thời gian so với xử lý chỉ một lớp: đa mẫu hình khiến EUV - chậm sẵn - không còn khả thi kinh tế
TSMC có thể mua thêm máy, nhưng ASML đã làm nhanh hết sức, cho nên giải pháp sẽ là máy EUV khẩu độ số cao
Khẩu độ số cao
con số đo lường bao nhiêu ánh sáng mà một hệ thống quang học có thể thu thập và hội tụ
về công thức Rayleigh:
độ phân giải = k1 * lamda / NA
lamda là bước sóng ánh sáng
NA là khẩu độ số [numerical aperture]
k1 có giới hạn vật lý mà người ta đã gần đạt được nên chịu
bước sóng ánh sáng của EUV thế hệ đầu là 135.5 nanomet
máy EUV tiên tiến nhất từ ASML là máy NXE:3600D có khẩu độ số 0.33 sẽ đạt cao độ [pitch] 26 nanomet và đủ yêu cầu tiến trình N5 cần 28 nanomet cao độ - máy cho ra 160 wafer mỗi giờ
máy EUV khẩu độ số cao đầu tiên của ASML là EXE:5000 sẽ tăng khẩu độ số thành 0.55 đạt 16 nanomet cao độ
máy EUV khẩu độ cao không chỉ in cao độ nhỏ hơn mà cũng độ phân giải cao hơn nên ít khuyết tật hơn và thêm wafer 'tốt' mỗi ngày
và nếu máy EUV khẩu độ cao đủ tốt thì không cần đa mẫu hình nữa mà chỉ in một lần
Khó khăn kỹ thuật: quang học
hai khó chính là quang học và chất cản quang
quang học: hệ thống Starlith 5000 từ Carl Zeiss
nói về Starlith 3000 bao gồm: những đồ quang học thu thập ánh sáng, một khẩu độ số, đồ quang học rọi sáng [illuminate], mặt nạ [mask] hay còn gọi là vạch ly giác [reticle] và đồ quang học trình chiếu [project] - sau rốt bắn ánh sáng lên wafer
Starlith 5000 phải căn bản cho phép ánh sáng ở thêm những góc để bắn lên wafer
hệ thống cũ với NA 0.33 có một hình nói ánh sáng gầy hơn ở gương 6, ngay bên trên wafer
nếu NA 0.55 thì hình nón ấy sẽ dày hơn
gương rộng 1 mét với độ chuẩn xác một picomét: tức là nếu gương to bằng trái đất thì quang sai lớn nhất sẽ có đường kính bằng sợi tóc người
cách sắp đặt hiện tại là 2 nón ánh sáng sẽ can thiệp [interfere] nhau: gây lỗi ảnh - ta cần nón ánh sáng lớn hơn nhưng không chạm nhau
kỹ thuật là khoan những lỗ có hình bầu dục vào những gương: Zeiss gọi ấy là những 'thiên thực' [obscuration] - giảm 'angular spread' trên gương và tăng 'transmission' của đồ quang học
Mặt nạ quang học
hiệu ứng tương tự xảy ra trong hệ thống ở vạch ly giác [reticle] hoặc gọi là mặt nạ [mask]
mặt nạ là một tấm lưới [grating] đặt trước gương và chứa mẫu hình thiết kế chip
tái thiết kế một mặt nạ tốn chi phí hàng triệu đôla cho nên một trong những yêu cầu thiết kế cho EUV khẩu độ cao là mặt nạ không thay đổi kích cỡ
để có khẩu độ cao ở giai đoạn wafer, ta phải có khẩu độ cao ở giai đoạn mặt nạ
máy TWINSCAN NXE:3300B có khẩu độ 0.33 và độ phóng [magnification factor] là 4x
mặt nạ vạch ly giác phản chiếu ánh sáng EUV ở 6 độ và ta có thể trình chiếu một vạch ly giác 132*104 milimet lên một diện tích wafer 33*26 milimet
tăng khẩu độ làm hai hình nón ánh sáng to hơn và đè lên nhau khoảng 1 độ: cách giải quyết có thể là tăng góc phản chiếu ánh sáng EUV - ví dụ lên thành 9 độ - nhưng sẽ tạo những hiệu ứng đổ bóng mặt nạ
tưởng tượng mặt nạ như những chấn song đặt trước gương: nếu ta chiếu ánh sáng đèn pin nghiêng từ cạnh bên thì bóng sẽ di chuyển
ta có thể thay đổi độ phóng to [magnification factor] lên thành 8x: được khẩu độ cao hơn mà không bị những hình nón 'béo' hơn hoặc gây ra [compromise] đổ bóng mặt nạ
nhưng nếu phóng đại lên thì diện tích ánh sáng ở phía cuối sẽ bị nhỏ đi: diện tích wafer 33*26 milimet bị thu nhỏ còn một phần tư thành 16.5*13 milimet - không khả thi kinh tế vì máy EUV sẽ mất thời gian bò khắp mặt wafer
TSMC sẽ trả ASML hàng trăm triệu đôla mua cái máy bị chậm công suất đi 4 lần á?
cách khắc phục nghĩ đến đầu tiên là mặt nạ lớn hơn: gấp đôi 6 inch hiện tại - không khả thi, với lại máy cũng không thể xử lý một mặt nạ 12 inch
Zeiss và ASML làm là sử dụng tạo ảnh 'anamorphic': những độ phóng sẽ tồn tại trên cả trục X và Y nhưng không nhất thiết kết nỗi với nhau từng cái một - ta chỉ cần độ phóng 8x dọc theo trục Y, không cần trục X
ta có thể trình chiếu một vùng 16.5*26 milimet - nửa cỡ - tạm chấp nhận
ASML và Zeiss tuyên bố đã tìm giải pháp từ năm 2014: mượn công nghệ tạo ảnh 'anamorphic' từ ngành làm phim vẫn dùng để trình chiếu phim có tỷ lệ diện mạo màn ảnh rộng bất thường lên những màn hình kích cỡ tiêu chuẩn
Khó khăn kỹ thuật: chất cản quang
đồ quang học chiếm phần lớn khó khăn kỹ thuật với EUV khẩu độ số cao, nhưng chưa phải tất cả: cái lớn nữa là chất cản quang
chất cản quang được áp lên bên trên chất nền trước khi toàn bộ bị phơi sáng EUV: sau đó ta có thể hoặc là giữ những phần đã bị phơi sáng - chất cản quang tiêu cực [negative] hoặc phần chất cản quang chưa bị phơi sáng [positive]
khẩu độ số cao nghĩa là chất cản quang cần mỏng hơn để hạ thấp rủi ro "sụp đổ mẫu hình" [pattern collapse] hay "sụp đổ hàng rào" [line collapse]
tức là nếu chất cản quang quá dày thì những hàng rào [vây cá - thiết kế bóng bán dẫn] sau khi phơi sáng EUV sẽ quá sát nhau
sau khi phơi sáng, wafer được rửa và chất cản quang bị gột đi: rồi được làm khô - nếu những hàng rào [line] không khô cũng lúc ấy thì sau đó căng thẳng bề mặt [surface tension] của nước sẽ gây nhiễu [distort] thiết kế - hàng rào có thể ngã hoặc thậm chí bị nhổ khỏi [peel off] chất nền
do đó, mục tiêu là có lớp cản quang dày hơn ít nhất 50% hơn vây [pitch]: nếu vây 16 nanomet thì cản quang dày 20 nanomet
ASML làm việc với nhiều đối tác như IMEC, PSI và CXRO và vẫn đang tìm chất cản quang
còn một số những thử thách kỹ thuật nữa: ví dụ làm gương to hơn, dàn khung [frame layout] mặt nạ, màng mỏng [pellicle] hoặc hệ thống đo lường [metrology]
đo lường là hệ thống những cảm biến và chương trình để kiểm tra tiến triển và chất lượng: quan trọng để biết chuyện gì đang xảy ra với những hàng rào trên wafer
ASML đang tìm hiểu những kỹ thuật thẩm nghiệm chùm electron nhưng chưa có kết quả
Kết
vấn đề vẫn là làm sao bán được máy cạnh tranh được những lựa chọn tốt nhất khác
cỗ máy vẫn đang phát triển: loạt đầu sẽ mang cho khách hàng cuối năm 2022, rồi loạt sau sẽ năm 2024 hoặc 2025 là EXE:500 có xuất lượng kỳ vọng 220 wafer mỗi giờ
EXE:5000 sẽ là nón ánh sáng, đồ quang học: cỗ máy to đùng như khủng long bạo chúa đang bò - giá bán 300 triệu đôla
300 triệu đôla là giá bán bức tranh đắt nhì thế giới: Interchange của Willem de Kooning
300 triệu đôla đủ để tổ chức 8.8 trò chơi con mực
hoặc trả phí khí đốt cho 1 NFT
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét