Hệ thống quang học EUV - cực kỳ đơn giản hoá
tác giả không phải kỹ thuật viên quang học, và những chi tiết kỹ thuật của hệ thống EUV Starlith 3000 thì khả ghê gớm
đầu tiên là nguồn sáng, trong một bài viết khác, tác giả đã nói về việc người ta sử dụng đèn laser và plasma thiếc để tạo ra ánh sáng EUV năng lượng cao
Đồ thu thập ánh sáng
hệ thống thu thập ánh sáng được sắp đặt để thu nhận càng nhiều photon ánh sáng EUV càng tốt đi ra từ nguồn sáng, và đưa những photon ấy đến môđun tiếp theo trong hệ thống Starlith
nhưng bất chấp mọi biện pháp thì thiếc vẫn sẽ tìm đường đến bộ thu thập ánh sáng và hình thành một lớp thiếc lên trên gương
một lớp thiếc chỉ dày 1.2 nanomet cũng khiến sụt giảm 20% hiệu suất thu thập ánh sáng và 10% sụt giảm tổng xuất lượng
các kỹ sư Zeiss phải tìm cách thường kỳ làm sạch bộ thu thập ánh sáng ở ngay bên trong cỗ máy - mỗi 2 giờ hoặc ít hơn, theo những nghiên cứu lên công cụ demo mẫu alpha - biện pháp là bắn những gốc [radical] hydro vào những lớp thiếc
gốc [radical] là những nguyên tử hoặc phân tử có một electron tự do [chưa bắt cặp]
những gốc hydro sẽ phản ứng với thiếc, trôi nổi khỏi gương dưới dạng một loại khí là thiếc hydride - việc làm sạch này thì không cản được những bộ thu thập bị huỷ hoại, chỉ trì hoãn sự bất khả kháng - giúp Zeiss gần hơn đáng kể với mục tiêu một thay thế mỗi năm và vượt qua một trong những trở ngại chủ yếu của EUV
Đồ rọi sáng
sau khi ánh sáng EUV được thu thập, nó được gửi vào một hệ thống quang học nhờ khẩu độ ở điểm focus trung gian [intermediate] sau đó đi vào hệ thống rọi sáng
bộ rọi sáng có 2 vai trò: một là toả đều ánh sáng EUV để giữ nó đồng nhất khắp toàn bộ diện tích của điểm focus
hai là đảm bảo hình ảnh của ánh sáng EUV không ảnh hưởng phần còn lại của hệ thống quang học
Zeiss đã dựa vào kinh nghiệm rộng của công ty trong phát triển những sản phẩm tương tự cho những kính hiển vi quang học để làm và bán ra được linh kiện rất đặc biệt này
sau đó, ánh sáng đập mặt nạ hoặc đường kẻ chữ thập [reticle] chứa những mẫu hình của IC chip
Đường kẻ chữ thập
độc nhất vô nhị, đường kẻ chữ thập này cũng là một gương
ở kích cỡ hiển vi này, thông tin trên đường kẻ chữ thập là cực kỳ dày đặc: máy ASML NXE:3400B có kích cỡ vùng sáng [field size] chỉ 33x26 milimet là đã khá lớn
ví dụ ta gọi một mặt vuông diện tích 13x13 nanomet là một điểm ảnh pixel: nếu phóng to lên thành kích cỡ của một pixel trên một tivi độ phân giải full HD thì tivi sẽ phải cao 780 mét - cao hơn 50% so với tháp Đài Bắc 101 - và toàn bộ màn hình tivi sẽ xếp đầy những thiết kế chip của thứ như là chip core i7 của Intel
lý thuyết mà nói, ở high level, đường kẻ chữ thập gương này được làm từ 2 thứ: một là chất nền gương đa lớp có độ phản chiếu cao, gọi tên là một miếng trống đường kẻ chữ thập [reticle blank]
hai là một lớp hấp thụ được đặt lên đỉnh, chứa mẫu hình thiết kế chip
ánh sáng sẽ đập vào gương và làm một bóng EUV [EUV shadow]
với đường kẻ chữ thập, Carl Zeiss đã tập trung vào 2 thử thách căn bản lớn: một là đảm bảo cho miếng trống đường kẻ chữ thập được sạch và phản chiếu cao nhất có thể
ASML yêu cầu rằng miếng trống [blank] chỉ được có 0.003 khuyết tật mỗi centimet vuông
hai là làm sao phát hiện và sửa chữa đường kẻ chữ thập khi khuyết tật xuất hiện: những khuyết tật liên quan đến chất hấp thụ của miếng trống [blank absorber-related defect] sẽ xảy ra là chắc chắn
trong hệ thống quang học cho thế hệ quang khắc DUV 193 nanomet, khuyết tật có thể phát hiện bằng một máy quét kính hiển vi điện tử
với EUV thì một số loại khuyết tật đường kẻ chữ thập sẽ tàng hình dưới kính hiển vi điện tử [electron]
Zeiss đã lấy máy đó và bổ sung cho nó một kính hiển vi lực nguyên tử [atomic force microscope] - một thiết bị thử sẽ quét bằng cách đại loại như chạy "thử vân tay" [finger probe] khắp bề mặt của một mẫu
một khi một khuyết tật bị phát hiện, việc sửa chữa sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng tiến trình chùm electron [điện tử] - giống như hàn ở kích cỡ nguyên tử, với một precursor được đặt lên mẫu và sau đó bắn một chùm electron từ một súng điện tử [electron]
tuỳ thuộc vào loại khuyết tật, ta có thể hoặc là thêm chất hấp thụ [absorber] hoặc khắc [etch] bỏ đi
và việc sửa chữa cũng phải hoàn toàn thực hiện tự động trong một chân không để ngăn ngừa bất cứ vấy bẩn nào: hệ thống MeRiT của Zeiss có thể đáp ứng tất cả những yêu cầu ấy và giúp vượt qua một trong những thử thách mịt mùng nhất của thương mại hoá EUV
và thế, chi phí để bắt đầu sản xuất một đường kẻ chữ thập EUV sẽ chỉ cho những công ty giàu nhất
Bộ chiếu hình [projector]
hệ thống quang học chiếu hình là một hệ thống nhiều gương được thiết kế để mở rộng hình ảnh đường kẻ chữ thập và chiếu hình nó lên đĩa wafer
quan trọng phải giữ cho những quang sai [aberration] trên đồ quang học chiếu hình bị cắt giảm càng ít càng tốt
năm 2010 những gương mà Zeiss làm cho bộ chiếu hình của công cụ demo alpha ASML đã có những khuyết tật rất mong manh nhưng đáng kể
những khuyết tật được đo lường theo một đơn vị gọi tên là giá trị hiệu dụng bề mặt - là căn bậc 2 trung bình bình phương của những độ lệch chiều cao mặt nghiêng [profile height deviation] từ đường thẳng
loé sáng gây ra những khuyết tật trên tấm wafer
công cụ demo alpha 2010 có một giá trị hiệu dụng bề mặt là 0.25 nanomet dẫn đến 25% loé sáng - là không chấp nhận được
để giảm loé sáng, sau nhiều thế hệ của hệ thống Starlith EUV các kỹ sư đã có thể cắt giảm những quang sai gương đi đáng kể
Những gương
gương quan trọng đến mức toàn bộ công ty Carl Zeiss đã chọn làm việc với quang phổ 13.5 nanomet ánh sáng EUV
họ đã phải quyết định giữa 11.3 và 11.6 nanomet bước sóng sử dụng những gương molybden và beryli, và bước sóng 13.5 nanomet với những gương molybden và silic - sau rốt họ chọn cách thứ 2
đây là những gương đa lớp - còn gọi là những bộ phản xạ Bragg
gương bình thường được làm bằng cách đặt một lớp bạc hoặc nhôm lên kính
một gương EUV thì làm từ hơn 50 cặp những lớp molybden và silic, trút lên một tấm wafer silic duy nhất
mỗi một lớp đó bên trong cặp thì dày 6.75 đến 7 nanomet: 2.7 nanomet molybden và 4.1 nanomet silic
ánh sáng EUV vẫn sẽ xuyên qua một số lớp ấy, cho nên càng nhiều lớp để hi vọng phản chiếu càng nhiều EUV càng tốt
những lớp nguyên tử silic và molybden được đặt lên sử dụng một kỹ thuật là phún xạ magnetron điện một chiều [direct current magnetron sputter] - là một loại bay hơi lắng đọng vật lý phim mỏng [thin film physical vapor deposition] xuất hiện trong bài viết về công ty Tokyo Electron - để bọc một lớp phủ lên trên một bề mặt
ta thả dồn dập lên lớp phủ bằng những phân tử khí ion hoá - những phân tử này sẽ phún xạ những nguyên tử [sputter off atom] sau đó ngưng tụ thành một lớp phim mỏng bên trên bề mặt
để làm những gương EUV này thì mỗi 2 đến 4 nanomet lớp molybden và silic phải lần lượt được trút lên - 50 lần mà không có khuyết tật tai hoạ nào
sau đó mỗi gương phải được đánh bóng: độ lệch bề mặt có thể chấp nhận được là 50 picomet - đễ dễ hình dung, 50 picomet trên một tấm gương rộng 450 milimet, nếu tấm gương ấy tương đương kích cỡ nước Mỹ rộng 4500 km thì 50 picomet sẽ chỉ cao 0.4 micromet
kể cả thế, mỗi gương có thể phản chiếu, trên lý thuyết, chỉ 70% ánh sáng EUV đập vào - còn lại bị hấp thụ bởi đa lớp - và còn số chỉ có thể đạt được tại một góc rất cụ thể, cần thiết bị tinh tế để đặt vị trí gương vừa đúng chuẩn
Kết
tác giả vẫn thường nói về thay đổi triệt để của hệ thống quang học mới EUV khi so sánh với máy tiền nhiệm - có thể so với chuyển đổi từ động cơ đốt trong sang xe điện
chỉ những kỹ thuật kết tủa pha hơi [vapor deposition / bay hơi lắng đọng] làm nên gương đa lớp thôi đã mất hơn 20 năm nghiên cứu, cần hợp tác mật thiết giữa ASML, Carl Zeiss, Philips và nhiều trường đại học và học viện khắp châu Âu
thành tựu kinh ngạc là sự tích luỹ kinh nghiệm từ hàng nghìn năm thời gian lao động
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét