Đột phá vật liệu resist: Cơ chế chuyển đổi tone phụ thuộc nguồn bức xạ mở ra kỷ nguyên mới cho quang khắc EUV

Một nhóm nghiên cứu quốc tế bao gồm các tổ chức uy tín như imec, KU Leuven, Đại học Quốc gia Kunsan và Vrije Universiteit Brussel vừa công bố một nghiên cứu mang tính bước ngoặt trong lĩnh vực quang khắc thế hệ tiếp theo. Báo cáo tập trung vào các loại resist dạng khung hữu cơ kim loại (ZIF) vô định hình có chứa halogen, được lắng đọng bằng phương pháp khô (dry-deposited). Điểm gây ngạc nhiên lớn nhất trong nghiên cứu này là sự khác biệt về hành vi chuyển đổi tone (tone behavior) khi sử dụng các nguồn bức xạ khác nhau là cực tím xa (EUV) và chùm tia điện tử (e-beam). Thông thường, một loại resist sẽ duy trì tính chất dương hoặc âm tùy thuộc vào bản chất hóa học của nó. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng vật liệu ZIF halogen hóa có khả năng thay đổi hành vi này dựa trên nguồn năng lượng kích hoạt. Đây là một phát hiện có tầm ảnh hưởng sâu rộng đến ngành công nghiệp bán dẫn. Về mặt kỹ thuật, khả năng điều khiển linh hoạt tone của resist mà không cần thay đổi thành phần hóa học phức tạp sẽ giúp các kỹ sư quy trình tối ưu hóa mật độ hình ảnh trên các chip siêu nhỏ, từ đó giảm thiểu lỗi quang khắc và tăng hiệu suất thu hoạch (yield) cho các nút bán dẫn dưới 3nm. Xét về khía cạnh chuỗi cung ứng, việc chuyển dịch sang công nghệ lắng đọng khô (dry deposition) cho các loại vật liệu resist thế hệ mới thay vì các phương pháp phủ bằng dung môi truyền thống sẽ tạo ra một cú hích lớn đối với các nhà sản xuất thiết bị hỗ trợ lắng đọng màng mỏng. Điều này cũng giúp giảm đáng kể lượng chất thải hóa học độc hại, phù hợp với xu hướng sản xuất bền vững và ESG mà các tập đoàn lớn như TSMC, Samsung hay Intel đang theo đuổi. Việc loại bỏ dung môi cũng giúp giảm thiểu các khiếm khuyết bề mặt vốn là bài toán nan giải trong quá trình in bản mạch cực nhỏ. Trong tương lai, triển vọng áp dụng loại vật liệu này rất hứa hẹn. Nếu các thử nghiệm ở quy mô công nghiệp thành công, các nhà máy fab sẽ có thể linh hoạt hơn trong việc tái sử dụng cùng một loại vật liệu resist cho nhiều mục đích khác nhau, tùy thuộc vào máy quang khắc đang sử dụng. Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa chi phí vận hành mà còn giảm sự phụ thuộc vào danh mục vật liệu resist đa dạng, phức tạp hiện nay. Nghiên cứu này khẳng định vị thế dẫn đầu của imec và các đối tác trong việc định hình tương lai của lithography, mở ra những con đường mới để vượt qua giới hạn vật lý của định luật Moore trong kỷ nguyên hậu quang khắc quang học truyền thống.