Nhật Bản phát triển máy quang khắc EUV giá rẻ

Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa (OIST) cho biết đã thiết kế một loại thiết bị quang khắc cực tím EUV có thể giảm đáng kể chi phí sản xuất chất bán dẫn từ 7 nm trở xuống.

Thiết bị do giáo sư Tsumoru Shintake và các cộng sự phát triển chỉ sử dụng hai gương trong cấu hình chiếu sáng quang học, thay vì sáu gương như các hệ thống thông thường hiện nay. Tuy nhiên, thách thức của hệ thống là phải căn chỉnh gương theo một đường thẳng, đảm bảo duy trì hiệu suất cao mà không bị biến dạng như thường thấy với ánh sáng EUV.

Bên cạnh đó, công nghệ quang học mới cũng cải thiện hiệu suất so với trước, khi cho phép hơn 10% năng lượng EUV ban đầu đến được wafer, so với khoảng 1% trong các thiết lập tiêu chuẩn.

Thiết bị quang khắc EUV này có kết cấu đơn giản và rẻ hơn so với thiết bị do ASML - công ty phát triển. Nếu được sản xuất hàng loạt, nó được đánh giá có thể định hình lại ngành thiết bị sản xuất chip, nếu không muốn nói toàn bộ ngành công nghiệp bán dẫn. 

Thiết bị quang khắc EUV của ASML. Ảnh: ASML

Nhóm nghiên cứu của giáo sư Shintake cho biết đã giải quyết hai thách thức lớn trong công cụ quang khắc EUV là ngăn ngừa quang sai và đảm bảo truyền tải ánh sáng hiệu quả.

Phương pháp 'dual-line field' của OIST chiếu sáng photomask mà không can thiệp vào đường quang học, giảm thiểu biến dạng và nâng cao độ chính xác hình ảnh trên tấm wafer. Một trong những lợi thế của máy là tăng độ tin cậy và giảm sự phức tạp trong việc bảo trì. Bên cạnh đó, thiết bị giảm đáng kể tiêu thụ điện năng. Nhờ vào đường đi tối ưu của ánh sáng, hệ thống hoạt động với nguồn sáng EUV chỉ 20 W, dẫn đến tổng tiêu thụ điện năng dưới 100 kW. Trong khi đó, các hệ thống EUV truyền thống thường yêu cầu hơn 1 MW điện. Do vậy, thiết bị quang khắc mới không cần hệ thống làm mát phức tạp và đắt tiền.

Hiệu suất của hệ thống đã được kiểm nghiệm bằng phần mềm mô phỏng quang học, xác nhận khả năng sản xuất chip bán dẫn tiên tiến. OIST đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho công nghệ và cho biết sẽ tiếp tục phát triển máy quang khắc EUV của mình nhằm đưa vào ứng dụng thực tiễn. Viện coi công nghệ mới là một bước quan trọng để giải quyết thách thức toàn cầu của ngành bán dẫn, như chi phí sản xuất chip và tiêu thụ điện năng của nhà máy bán dẫn, ảnh hưởng đến môi trường.

Tương lai của thiết bị quang khắc do OIST phát triển được đánh giá hứa hẹn khi thị trường máy EUV toàn cầu dự kiến tăng từ 8,9 tỷ năm 2024 lên 17,4 tỷ USD năm 2030.

Quang khắc là quá trình in sơ đồ mạch lên bề mặt cảm quang của tấm silicon bằng cách chiếu tia sáng về phía tấm nền silicon (wafer) qua một đĩa thủy tinh được vẽ sẵn sơ đồ mạch. Mạch càng nhỏ càng cần những đèn chiếu tia sáng có bước sóng ngắn hơn, trong đó, tia siêu cực tím (EUV) là bước phát triển hiện đại nhất hiện nay.

Những năm qua, ASML được xem là "nút thắt cổ chai" trong sản xuất bán dẫn khi gần như là nhà cung cấp duy nhất về máy quang khắc, gồm máy dùng công nghệ in thạch bản nhúng DUV và các hệ thống sử dụng tia siêu cực tím EUV. Sản phẩm đóng vai trò trung tâm trong cuộc cạnh tranh địa chính trị giữa Mỹ và Trung Quốc, khi Washington đang tìm mọi cách ngăn Bắc Kinh tiếp cận những cỗ máy này.