Quang khắc cực tím

Quang khắc cực tím (Extreme ultraviolet lithography, viết tắt là EUVL hoặc đơn giản là EUV) là một công nghệ được sử dụng trong công nghiệp bán dẫn để sản xuất mạch tích hợp (IC). Đây là một loại quang khắc sử dụng ánh sáng cực tím (EUV) có bước sóng 13,5 nm từ plasma thiếc (Sn) được kích xung bằng laser để tạo ra các mẫu hình phức tạp trên các đế bán dẫn. Tính đến năm 2025, tập đoàn ASML Holding là công ty duy nhất sản xuất và bán các hệ thống EUV cho sản xuất chip, nhắm mục tiêu đến các nút quy trình 5 nm và 3 nm, mặc dù Reuters đã đưa tin vào tháng 12 năm 2025 rằng Trung Quốc đã phát triển nguyên mẫu hệ thống EUV của riêng mình. Các bước sóng EUV được sử dụng trong EUVL nằm gần mức 13,5 nanômét (nm), sử dụng plasma giọt thiếc (Sn) được kích xung bằng laser để tạo ra mẫu hình bằng cách sử dụng mặt nạ quang phản xạ để phơi sáng một đế được phủ chất cản quang (photoresist). Các ion thiếc ở trạng thái ion hóa từ Sn IX đến Sn XIV tạo ra các đỉnh phổ phát xạ photon quanh mức 13,5 nm. Cùng với tạo hình đa lớp (Multiple patterning), EUV đã mở đường cho mật độ transistor cao hơn, cho phép sản xuất các bộ vi xử lý hiệu suất cao hơn. Các transistor nhỏ hơn cũng đòi hỏi ít điện năng hơn để hoạt động, dẫn đến các thiết bị điện tử tiết kiệm năng lượng hơn.
 Lịch sử
Vào những năm 1960, ánh sáng khả kiến được sử dụng để sản xuất các mạch tích hợp, với bước sóng ngắn tới 435 Nanômét/nm ("vạch g" của đèn hơi thủy ngân). Khi làm việc tại Nippon Telegraph and Telephone (NTT) vào hững năm 1980 tại Nhật Bản, kỹ sư Hiroo Kinoshita lần đầu tiên đề xuất khái niệm về EUV. Ông ta đã thử nghiệm ý tưởng này và trình diễn thành công những hình ảnh EUV đầu tiên năm 1986. Bất chấp sự hoài nghi ban đầu, Kinoshita vẫn tiếp tục nghiên cứu EUV tại NTT và tổ chức nghiên cứu chung Mỹ-Nhật về EUV vào đầu những năm 1990. Năm 1991, các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm Bell đã công bố một bài báo chứng minh khả năng sử dụng bước sóng 13,8 nm cho cái gọi là quang khắc chiếu xạ tia X mềm. Để giải quyết thách thức của quang khắc EUV, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Lawrence Livermore, Phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley và Phòng thí nghiệm Sandia đã được tài trợ để thực hiện nghiên cứu cơ bản về các trở ngại kỹ thuật. Sau đó, cho ra CRADA bao gồm một tập đoàn các công ty tư nhân và các Phòng thí nghiệm. Tại Nhật Bản, việc phát triển công nghệ EUV được theo đuổi vào những năm 1990 thông qua các chương trình ASET (Hiệp hội Công nghệ Điện tử Siêu tiên tiến) và Hiệp hội Phát triển Quang khắc Cực tím Cực đoan (EUVA).

Intel, Canon và Nikon, cũng như công ty Hà Lan là ASML và Silicon Valley Group (SVG) đều chạy giấy phép. Năm 2001, SVG được ASML mua lại, giúp ASML trở thành người hưởng lợi hàng đầu từ công nghệ quan trọng này. Năm 2018, ASML đã thành công trong việc triển khai tài sản trí tuệ từ EUV-LLC sau vài thập kỷ nghiên cứu phát triển, với sự kết hợp của EUCLIDES (Hệ thống Phát triển Khái niệm Quang khắc Cực tím) do châu Âu tài trợ và đối tác lâu năm là nhà sản xuất quang học Đức Carl Zeiss AG (ZEISS) cùng nhà cung cấp Oxford Instruments. Nguyên mẫu đầu tiên vào năm 2006 sản xuất được một tấm wafer trong 23 giờ. Tính đến năm 2022, một máy quét sản xuất được tới 200 tấm wafer mỗi giờ. Máy quét sử dụng quang học Zeiss, mà công ty này gọi là "những chiếc gương chính xác nhất thế giới". Việc này giúp ASML trở thành công ty dẫn đầu thế giới về sản xuất máy quét và độc quyền trong công nghệ tiên tiến này, dẫn đến doanh thu kỷ lục 27,4 tỷ euro vào năm 2021, làm lu mờ các đối thủ cạnh tranh Canon và Nikon. Do đây là một công nghệ then chốt cho sự phát triển trong nhiều lĩnh vực, bên cấp phép Hoa Kỳ đã gây áp lực buộc chính quyền Hà Lan không bán những cỗ máy này cho Trung Quốc. ASML đã tuân theo các hướng dẫn kiểm soát xuất khẩu của Hà Lan và cho đến khi có thông báo mới sẽ không có thẩm quyền vận chuyển máy móc đến Trung Quốc. Đồng thời, Trung Quốc cũng đã đầu tư mạnh vào dự án EUV trong nước và các công ty hàng đầu Trung Quốc như Huawei và SMEE cũng đã nộp bằng sáng chế cho các đề xuất thay thế của họ liên quan đến công nghệ EUV.Stefano Lovati. February 11, 2025. China Invests €37 Billion to Develop Domestic EUV Lithography Systems Power Electronics News Vào tháng 12 năm 2025, Reuters đưa tin rằng Trung Quốc đã bí mật hoàn thành một nguyên mẫu máy EUV tại Thâm Quyến, dự kiến sẽ sản xuất chip hoạt động được trong khoảng từ năm 2028 đến 2030.

Công nghệ
300px|nhỏ|phải|Tác phẩm "Trận chiến vi mạch" (Chip war) nói về sức mạnh địa chính trị bắt nguồn từ thuật toán tính toán tiên tiến.
Mặt nạ quang EUV hoạt động bằng cách phản xạ ánh sáng, có được bằng cách sử dụng nhiều lớp xen kẽ của molypden và silic. Một mặt nạ EUV bao gồm 40–50https://www.semiconductor-digest.com/wp-content/uploads/2020/02/SST-Oct-2013.pdf  lớp silic và molypden xen kẽ.. Đa lớp này có thể được bảo vệ bằng một lớp rutheni mỏng, gọi là lớp phủ. Phôi mặt nạ quang chủ yếu được sản xuất từ hai công ty là AGC Inc. và Hoya Corporation. Một công cụ EUV (máy quang khắc EUV) có nguồn sáng plasma thiếc (Sn) được điều khiển bằng laser, quang học phản xạ bao gồm các gương đa lớp, được chứa trong môi trường khí hydro. EUVL là một sự thay đổi đáng kể so với tiêu chuẩn quang khắc tia cực tím sâu. Mọi vật chất đều hấp thụ bức xạ EUV. Do đó, quang khắc EUV đòi hỏi chân không. Tất cả các phần tử quang học, bao gồm cả mặt nạ quang, phải sử dụng đa lớp molypden/silic (Mo/Si) vô khuyết (bao gồm 50 lớp kép Mo/Si, có giới hạn phản xạ lý thuyết ở mức 13,5 nm là ~75%.) Một công cụ EUV điển hình nặng gần 200 tấn. và có giá khoảng 180 triệu USD. Nguồn sáng EUV giới hạn thời gian hoạt động của công cụ bên cạnh thông lượng. Thông lượng phơi sáng wafer tăng đều đặn lên khoảng 1000 wafer mỗi ngày (mỗi hệ thống) trong giai đoạn 2019–2022.C. Smeets et al., Proc. SPIE 12494, 1249406 (2023). Một bước sóng ngắn hơn nhiều (~6,7 nm) sẽ nằm ngoài EUV, và thường được gọi là BEUV (ngoài cực tím cực đoan). Với công nghệ hiện tại, các bước sóng BEUV sẽ có hiệu ứng nhiễu hạt tồi tệ hơn mà không đảm bảo đủ liều lượng.

Chú thích

Tham khảo


 Michael Purvis, An Introduction to EUV Sources for Lithography, ASML, STROBE, 2020-09-25.
 Igor Fomenkov, EUV Source for Lithography in HVM - performance and prospects, ASML Fellow, Source workshop, Amsterdam, 2019-11-05.
Liên kết ngoài
 EUV presents economic challenges
 Industry mulls 6.7-nm wavelength EUV

Thể loại:Công nghệ