ví dụ nguồn sáng EUV và kỹ thuật bắn hai lần
nhưng thử thách lớn nhất lại là tỷ lệ lỗi bằng 0 cho mặt nạ ảnh EUV [photomask] hay còn gọi là vạch ly giác [reticle - đường chữ thập]
đường chữ thập [reticle] EUV chứa thiết kế chip - bất cứ khuyết tật nào trên vạch ly giác nếu lớn đến một kích cỡ nhất định thì sẽ xuất hiện trên những wafer được in - cho nên vạch ly giác phải thực sự hoàn hảo
Vạch ly giác
vạch ly giác EUV hay mặt nạ là một tấm gương
trên bề mặt của reticle là một lớp đậy bảo vệ và một lớp gương - một bộ phản chiếu Bragg đa lớp được làm từ 40-50 cặp lớp xen kẽ những molybden và silic
lớp gương nằm bên trên một chất nền kính có nhiệt độ dãn nở thấp - quan trọng là chất nền này phải cực kỳ sạch và ổn định trong một khoảng nhiệt độ rộng
mẫu hình dữ liệu thiết kế chip được áp lên trên lớp gương, sử dụng 2-3 lớp một chất hoá học chất hấp thụ - có thể là một hợp chất kim loại tantal, titan hoặc nickel
ánh sáng EUV sẽ phản chiếu khỏi gương vạch ly giác [reticle] như một tấm gương mẫu hình và tạo ra một hình ảnh phản chiếu lên trên wafer
trong khi sử dụng, gương vạch ly giác sẽ được đặt vào máy EUV và buộc chặt sử dụng một cái kẹp tĩnh điện - độ nhạy cảm sẽ cao đến nỗi chỉ cần một hạt [particle] cao nhiều micromet cũng đủ ảnh hưởng xấu đến độ phẳng của gương vạch ly giác
hoá ra thử thách kỹ thuật lớn nhất không phải là làm một gương vạch ly giác phản chiếu đủ ánh sáng EUV - có một số những gương khác bên trong hệ thống quang học của máy và chúng cũng có độ phản chiếu như vậy - nhưng gương vạch ly giác thì không chỉ là một gương EUV thông thường, phải là một gương EUV chất lượng vượt trội hơn: cực kỳ mượt và phẳng sao cho nó có thể phản chiếu đúng mực dữ liệu đã nằm trên bề mặt của nó
những khuyết tật bị in ra sẽ huỷ hoại đĩa wafer - không có khuyết tật nào được phép xảy ra
Những loại khuyết tật
4 loại chung những khuyết tật mặt nạ là hạt [particle], công đoạn, chất hấp thụ và những khuyết tật đa lớp
khuyết tật hạt và công đoạn là những vấn đề có thể xảy ra trong xưởng fab: hoặc là những hạt [particle] xâm nhập lên mặt nạ hoặc những khiếm khuyết trong công đoạn fab
những khuyết tật chất hấp thụ là những vấn đề liên quan đến lớp chất hấp thụ trên vạch ly giác [reticle] - một vấn đề thú vị nhưng sẽ không nói đến trong bài này
xưởng fab và các kỹ thuật viên đã quen với 3 loại lỗi này - không phải là không khó hay không có vấn đề mới, chỉ là người ta đã biết cách xử lý
Những khuyết tật đa lớp
loại khuyết tật thứ tư này là mới: khuyết tật đa lớp liên quan đến lớp gương và cách nó phản chiếu ánh sáng EUV - có hai mục phụ của khuyết tật đa lớp là khuyết tật biên độ và khuyết tật pha
khuyết tật biên độ là những hạt [particle] hoặc lỗ [pit] bên trên hoặc gần bề mặt của lớp gương - có thể tạo thành trong bất cứ bước làm sạch hay đánh bóng nào
trong bước phơi sáng, khuyết tật biên độ sẽ hấp thụ ánh sáng EUV, gây ra những vấn đề tương phản giữa bản thân khuyết tật và những khu vực gương xung quanh
khuyết tật pha thì còn tệ hơn: là những sưng bướu và khuyết tật trên bề mặt lớp gương - nhiều khi là từ những hạt [particle] hoặc lỗ [pit] trên bề mặt tấm nền, sau đó sẽ bị lớp khác phủ lên trong những bước kết bám [deposition]
khuyết tật pha thì có thể cho rằng tệ hơn vì rất dễ thấy và do đó rất dễ bị in ra: một khuyết tật pha chỉ nhỏ 1 nanomet chiều cao hoặc chiều sâu là có thể in lên trên đĩa wafer
Bắn những miếng trống
có 2 công đoạn lớn liên quan đến làm mặt nạ EUV: đầu tiên là sản xuất một gương vạch ly giác [reticle] để trống [blank] không có thông tin gì
sau đó ta mẫu hình [pattern] miếng trống nó bằng thiết kế chip - áp lên lớp chất hấp thụ EUV ta đã nhắc ở trên
bước mẫu hình [pattern] thứ hai này được thực hiện chủ yếu giống như những mặt nạ ảnh 193 nanomet cũ - chùm electron... - cũng khó nhưng phần lớn chuyên gia đã đồng ý rằng nước sốt bí truyền là ở việc làm miếng trống
bước làm gương reticle trống có thể chia ra 30 bước công đoạn: áp lên lớp chất hấp thụ bị đặt mãi gần sau cuối, ngay trước bước bảo vệ miếng trống và đóng gói/chuyển đi - còn lại liên quan đến làm và xử lý gương trống hoặc chất nền của nó
riêng bước làm sạch đã chiếm 20% toàn bộ chuỗi bước
lý tưởng nhất là gương mặt nạ EUV trống được làm ra mà không có khuyết tật, nhưng mặc dù những nhà làm mặt nạ đang tiến bộ việc làm gương trống thì những miếng trống không-lỗi [zero-defect] vẫn được coi là "nhà vô địch" bởi vì:
nếu ta chỉ chấp nhận "nhà vô địch" thì tỷ lệ đạt mặt nạ - phần trăm những gương mặt nạ trống có thể sử dụng - là thấp và sẽ đội thêm chi phí EUV đã cao sẵn
để EUV khả thi, ta cần tìm và tránh những khuyết tật gương trống
Phát hiện khuyết tật
thửơ đầu ta thẩm tra khuyết tật mặt nạ EUV sử dụng ánh sáng DUV nhưng lớp gương quá dễ phản chiếu nên công cụ ấy không thể phát hiện khuyết tật nếu khuyết tật nằm sâu hơn 2-13 cặp lớp bên trong lớp gương
cho nên ánh sáng duy nhất có thể đủ sức thâm nhập những đa lớp ấy chính là ánh sáng EUV được hệ thống sử dụng: gọi là ánh sáng "actinic" [quang hoá] - bước sóng ánh sáng sẵn có của hệ thống
sử dụng ánh sáng quang hoá có nghĩa là có một nguồn sáng EUV thực tế để thẩm tra một gương trống hoặc mặt nạ
phải mất nhiều năm thì người ta mới phát triển được những công cụ thẩm tra sử dụng ánh sáng quang hoá - nổi bật nhất là sản phẩm từ một liên minh 2 công ty Nhật Bản Lasertec và Eidec dựa trên một ý tưởng được tiên phong bởi học viện khoa học công nghệ công nghiệp tiên tiến quốc gia Nhật Bản
miếng gương trống sẽ phản chiếu lại ánh sáng: nếu không có khuyết tật, tất cả ánh sáng phản chiếu sẽ giữ ở cái được gọi là "khoảng sáng" [bright field] - còn nếu có khuyết tật, khuyết tật sẽ xé lẻ ánh sáng, khiến nó đi vào cái được gọi tên là "khoảng tối" [dark field]
nếu những máy quét 'khoảng tối' tìm thấy bất cứ photon EUV nào thì ta sẽ biết là miếng gương trống có một khuyết tật
công cụ thẩm tra gương trống bằng ánh sáng quang hoá tiên phong của Lasertec - máy ABICS E120 - đã mất hơn 20 năm nghiên cứu phát triển: nhận nhiều giải thưởng năm 2017 và 2018
dù sao thì những công cụ này cũng là lý do quan trọng tại sao ngành đã có thể cắt giảm số những khuyết tật gương mặt nạ trống sau những năm
Sửa chữa khuyết tật và giảm nhẹ
khuyết tật khác nhau thì cần biện pháp sửa chữa khác nhau: những khuyết tật biên độ là những cục bướu nổi lên bề mặt vì hạt [particle] bị ấn lõm [gắn] vào gần bề mặt của lớp gương - cho nên sửa chữa khuyết tật là lấy hạt ra và nhờ thế khôi phục độ phản chiếu của lớp gương
nghiên cứu đã thấy rằng ta có thể lấy ra đến 20 cặp gương và chỉ mất đi một lượng độ phản chiếu có thể chấp nhận được
việc này có thể thực hiện bằng: hoặc một chùm ion hội tụ hoặc chùm electron
những khuyết tật pha xuất hiện trên tấm nền, ở đáy của chồng các lớp gương, thì khó sửa hơn và cũng chưa có phương pháp nào tốt để thực hiện
một nghiên cứu xuất bản năm 2002 họ đã thử đập [bang] cục bướu của một khuyết tật pha cho nó dẹt xuống - như phim hoạt hình vậy - và dễ đoán là không thành công
với EUV ta có nhiều khuyết tật nhỏ hơn, cho nên cần tìm một công cụ có thể sửa chửa cả những khuyết tật nhỏ hơn
hiện nay, công cụ tiêu chuẩn công nghiệp cho việc này đang là công cụ sửa chữa mặt nạ ảnh MeRiT của Carl Zeiss sử dụng một chùm electron điện áp thấp để sửa những dòng
đặt lại [reposition] thiết kế chip theo một cách sao cho ta đặt lớp chất hấp thụ ngay bên trên khuyết tật: gọi là dịch chuyển mẫu hình và đã hiệu quả - nhưng phần mềm EDA đặc biệt sẽ cần làm được, cũng như phải biết được hình thù và đặc điểm chính xác của khuyết tật - hoàn toàn khả thi nhờ công cụ thẩm tra gương trống bằng ánh sáng quang hoá [actinic blank inspection]
Mảng da mỏng [pellicle]
in thạch bản cũ sử dụng cái gọi là một pellicle [mảng da mỏng] một phim hữu cơ [organic film] trải lên một khung kim loại khoảng 2.5 milimet bên trên mặt nạ đã có mẫu hình để bảo vệ nó khỏi những hạt [particle] lang thang
năm 1977 IBM nghĩ ra ý tưởng pellicle và ngành đã nhanh chóng ứng dụng sau vài năm
những pellicle cũ DUV được làm từ nhựa polymer trong suốt 99% trước bức xạ
nhưng pellicle EUV thì kỹ sư thấy rằng hầu hết vật liệu đều dễ hấp thụ ánh sáng EUV, và ánh sáng sẽ phải 2 lần đi qua pellicle: 1 lần là trước khi ánh sáng đập lên gương và lần 2 là sau khi nó phản chiếu khỏi gương - sẽ cắt giảm cường độ ánh sáng EUV đi 81% [mỗi lần đi qua sẽ cắt giảm đi 90%]
ánh sáng EUV càng yếu thì thông lượng của máy EUV sẽ càng ít và tăng khấu hao chi phí vốn mỗi wafer
từ năm 2006 ASML đã tiên phong một cuộc tìm kiếm diện rộng: như chương trình tìm kiếm tài năng của các nước - tìm một mảng da mỏng thích hợp cho EUV
Tuyển chọn
ứng viên nghiêm túc đầu tiên hẳn lại là silic
những khả năng hấp thụ ánh sáng EUV của một số hợp chất silic - hệ số tắt [extinction coefficient] - khá thấp
các nhà khoa học có thể fab những màng lưới [mesh membranes tổ ong dựa-trên-silic dày chỉ 10 nanomet
với độ dày ấy, lý thuyết mà nói sẽ có thể đạt 90% ngưỡng truyền tải ánh sáng EUV
nhưng các nghiên cứu sinh cũng khám phá ra rằng lưới silic trở nên mong manh dễ vỡ sau khi phơi sáng dưới lượng ánh sáng và nhiệt EUV cường độ cao [high power]: bắt đầu nhăn nheo [wrinkle] - sau rốt các nghiên cứu đã ngừng
người ta tìm đến graphen một thù hình của cácbon: vật liệu nano dựa trên cácbon có thể làm mọi thứ nhưng không thể ra khỏi phòng thí nghiệm
graphen mạnh hơn thép 100 lần, chống chịu [tolerance] nhiệt độ cao và trong suốt trước ánh sáng EUV: ASML không thể tăng trưởng đủ graphen mà không xuất hiện những khuyết tật nghiêm trọng
2 con đường, một kẻ chiến thắng
năm 2008 ASML ra mắt công cụ thử nghiệm Alpha thì chưa mảng da mỏng thích hợp nào được khám phá ra có thể đáp ứng tất cả yêu cầu
ASML quyết định chọn một cách tiếp cận kép với máy quét một số thế hệ tiếp theo: một là hệ thống cũ có một mảng da mỏng và hai là "hệ thống tinh gọn" [clean system] không có
hệ thống tinh gọn sẽ cần nhiều việc phải làm: trải dài qua toàn bộ chuỗi cung để đảm bảo không có dị hạt nào được thêm vào trong việc lắp ráp và vận chuyển
sẽ cần thêm việc kỹ thuật để ngăn những hạt plasma EUV khỏi tiếp cận mặt nạ
và cần làm thêm việc thẩm tra, nghĩa là không có nhiều thời gian làm wafer
mảng da mỏng khả thi nhất bấy giờ là từ cách tiếp cận silic đã nói: một tấm phim mỏng làm từ silic đa tinh thể [polysilicon] và silic nitride dày từ 25-55 nanomét
trong một bài viết năm 2016 ASML vẫn khuyến khích các đối tác trong ngành tìm một giải pháp tốt hơn
may mắn là IMEC và các công ty sau rốt đã tìm ra một giải pháp thích hợp: cácbon ống nano
nghiên cứu đầu tiên năm 2005, những nguyên tử cácbon được lăn vào một ống: có thể truyền tải 96.5% ánh sáng EUV và 10 lần mạnh hơn sợi [fiber] cũ
mảng da mỏng được làm từ nhiều lớp ống nano: ta trộn lần nhau thành một mực và phun lên một bề mặt
nhờ thế, mảng da mỏng này có thể được sử dụng để điều chỉnh [tune] đặc tính [property] của những vật liệu khác
ví dụ thêm ống nano cácbon vào mảng da mỏng silic nitride sẽ tăng sức mạnh và khả năng dẫn nhiệt
hoặc sử dụng một giải pháp độc lập là làm hoàn toàn bằng ống nano cácbon: rất tuỳ chỉnh [customizable] và chính là cái ASML tìm kiếm
Elon Musk có nói trong một video 'phi hành gia mỗi ngày' rằng
EUV đã trễ hạn 15-20 năm nhưng toàn bộ công đoạn thì đã được xuất bản
trong những bài trình bày, ASML giải thích thử thách kỹ thuật, mục tiêu cuối và trình bày những cột mốc [milestone] mục tiêu hướng đến
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét