Nhóm của giáo sư Tang Chuanxiang từ Khoa Vật lý Kỹ thuật tại Đại học Thanh Hoa đã đạt được tiến bộ đáng kể trong nghiên cứu nguồn sáng máy in thạch bản cực tím (EUV). Dự án nguồn sáng này có tên là SSMB-EUV (Nguồn sáng tia cực tím cực tím tập trung ở trạng thái ổn định).

Giáo sư Tang Chuanxiang đã xuất bản một bài báo đánh giá toàn diện trên tạp chí Vật lý B Trung Quốc vào năm 2022. Bài báo này cung cấp một cái nhìn tổng quan rõ ràng, giải quyết tất cả các câu hỏi có thể có liên quan đến nguồn sáng EUV mà nhóm dự án đã xem xét. Toàn văn bài báo dài 16 trang. Ở đây, tôi sẽ cung cấp một bản tóm tắt ngắn gọn và phác thảo một số câu hỏi chính mà bạn có thể quan tâm.

SSMB-EUV có phải là PPT không?

Không có nó không phải là! Đại học Thanh Hoa đã tiến hành xác minh thực nghiệm các nguyên lý lý thuyết vật lý của dự án SSMB-EUV từ 0 đến 1 và việc này được thực hiện trong các điều kiện thí nghiệm hạn chế. Vì vậy, lý thuyết vật lý có độ tin cậy cao. Tuy nhiên, nếu mục tiêu cuối cùng của dự án này là được sử dụng trong sản xuất chip tiên tiến thì việc xác minh thử nghiệm thành công các nguyên lý vật lý không nhất thiết có nghĩa là nó có thể được vận hành thương mại. Điều này là do việc sản xuất chip tiên tiến trên quy mô lớn và đáng tin cậy đòi hỏi phải phát triển các công nghệ bổ sung và kiểm soát chi phí, vốn là những khía cạnh riêng biệt.

Hiện tại, Đại học Thanh Hoa đã thành lập nhóm SSMB-EUV và đã thực hiện ba thách thức kỹ thuật lớn đối với nguồn sáng SSMB-EUV:

1. Bộ điều biến laser: Từ phần giới thiệu khái niệm về SSMB, có thể thấy rằng bộ điều biến laser tương ứng với khoang RF vi sóng và là điểm khác biệt quan trọng nhất giữa SSMB và các vòng lưu trữ truyền thống. Để đạt được SSMB, cần phải điều chỉnh công suất laser và khóa pha. Để đạt được chu kỳ nhiệm vụ chùm tia cao và do đó nâng cao công suất trung bình của bức xạ SSMB, cần phải sử dụng laser điều chế sóng liên tục hoặc chu kỳ nhiệm vụ cao. Để đáp ứng những yêu cầu này, một khoang khuếch đại quang học được lên kế hoạch cho hệ thống điều chế laser của SSMB.

2. Hệ thống phun xung dài: Để đạt được công suất bức xạ cao, SSMB có mật độ dòng điện trung bình cao, xấp xỉ 1A. Để đạt được lượng điện tích lớn với xung dài (trong phạm vi hàng trăm nano giây) cần có thiết kế chuyên dụng. Để giảm sự dao động công suất trong quá trình vận hành SSMB, SSMB cần hoạt động ở chế độ nạp thêm với dòng điện chùm tia gần như không đổi. Hơn nữa, chế độ nạp thêm cũng có thể giảm yêu cầu về cường độ của một chùm tia phun đơn lẻ.

3. Máy gia tốc cảm ứng tuyến tính: Để cải thiện chu kỳ hoạt động của chùm tia của vòng lưu trữ SSMB, ngoài việc sử dụng tia laser liên tục, các yêu cầu khác nhau về bổ sung năng lượng của chùm tia điện tử xung dài so với các vòng lưu trữ truyền thống đã được đề xuất. Máy gia tốc cảm ứng tuyến tính hoạt động ở tốc độ lặp lại MHz là một lựa chọn khả thi để đạt được sự bổ sung năng lượng cho chùm SSMB.

Vào tháng 2 năm nay, dự án đã tiến hành điều tra lựa chọn địa điểm ở Xiong'an.

Ưu điểm tiềm năng của nguồn sáng SSMB-EUV cho in thạch bản EUV

1) Công suất trung bình cao: Vòng lưu trữ SSMB có thể hỗ trợ lắp đặt nhiều đường truyền tia EUV, đóng vai trò vừa là nguồn chiếu sáng công suất cao cho in thạch bản vừa là nguồn phát hiện cho mặt nạ và thiết bị quang học. Nó cũng có thể hỗ trợ nghiên cứu về vật liệu chống EUV.

2) Băng thông hẹp và độ chuẩn trực cao: Nguồn sáng SSMB có thể dễ dàng đáp ứng yêu cầu băng thông hẹp dưới 2% cho quang khắc EUV và đạt được bức xạ tập trung trong phạm vi góc ≤0.1 mrad. Băng thông hẹp và đặc tính chuẩn trực cao cho phép thiết kế sáng tạo các hệ thống quang khắc EUV dựa trên công nghệ SSMB, đồng thời giảm độ khó của quy trình xử lý gương quang học EUV.

3) Đầu ra sóng liên tục có độ ổn định cao: Đầu ra SSMB ở dạng bức xạ sóng liên tục hoặc gần như liên tục, có thể tránh được những biến động đáng kể về công suất bức xạ có thể gây hư hỏng chip. Nguồn sáng vòng lưu trữ có độ ổn định tốt và chế độ hoạt động bổ sung của vòng lưu trữ SSMB giúp cải thiện hơn nữa tính khả dụng lâu dài của nguồn sáng.

4) Bức xạ sạch: So với các nguồn sáng LPP-EUV, môi trường chân không cao của bức xạ dao động trong SSMB không làm nhiễm bẩn các gương hệ thống quang học được sử dụng trong in thạch bản. Điều này giúp kéo dài đáng kể tuổi thọ của gương.

5) Khả năng mở rộng: Nguyên lý SSMB cho phép dễ dàng mở rộng sang các bước sóng ngắn hơn, mở ra khả năng cho công nghệ in thạch bản Blue-X thế hệ tiếp theo sử dụng bước sóng 6.xnm.

Kết luận

Giải pháp in thạch bản EUV do Đại học Thanh Hoa phát triển thực sự là một phương pháp thay thế. Tuy nhiên, việc áp dụng nguyên lý vật lý mới này đòi hỏi phải phát triển công nghệ lâu dài và sâu rộng cũng như thử và sai trong các lĩnh vực kỹ thuật khác nhau, bao gồm công nghệ kỹ thuật, khoa học vật liệu, hóa học, in thạch bản tính toán, chế tạo mặt nạ, nghiên cứu về thấu kính quang học và gương, và kiểm tra siêu chính xác để sản xuất hàng loạt chip tiên tiến bằng phương pháp này. Hơn nữa, cần có đầu tư nghiên cứu và phát triển đáng kể, khiến hành trình trở nên đầy thử thách và tốn thời gian.

Chúng tôi hy vọng sẽ sớm thấy được tiến bộ đáng kể trong việc triển khai công nghiệp giải pháp SSMB-EUV của Tsinghua.