Pt-W Alloy High-NA EUV Mask Absorbers คือแนวทางวัสดุใหม่ที่ทีมวิจัยจาก Chinese Academy of Sciences, Jilin University และ State Key Laboratory of Advanced Manufacturing for Optical Systems เสนอขึ้นเพื่อแก้ปัญหา "มาสก์หนาเกินไป" ในระบบ EUV lithography รุ่น High-NA (0.55 NA) โดยใช้โลหะผสมแพลทินัม-ทังสเตนเป็นชั้นดูดกลืนแสง (absorber) แทนวัสดุมาตรฐานเดิมอย่าง TaBN เพื่อให้ได้ชั้นฟิล์มที่บางลง ลดปัญหาการบิดเบือนภาพ (mask 3D effects) ที่รุนแรงขึ้นเมื่อมุมตกกระทบแสงเพิ่มขึ้นตามค่า NA ที่สูงขึ้น งานวิจัยนี้รายงานโดย Semiconductor Engineering ซึ่งประเมินทั้งคุณสมบัติฟิล์มและประสิทธิภาพการสร้างภาพ (imaging performance) ของวัสดุนี้
บทความนี้เจาะลึกว่าทำไมอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ถึงต้องหาวัสดุ absorber ใหม่ กลไกทางฟิสิกส์เบื้องหลัง ผลกระทบต่อผู้ผลิตและซัพพลายเชนในภูมิภาค SEA รวมถึงสิ่งที่ทีมจัดซื้อวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ควรติดตามต่อจากนี้
Pt-W Alloy High-NA EUV Mask Absorbers แก้ปัญหาอะไรใน Lithography
ในระบบ EUV lithography มาตรฐาน มาสก์ (photomask) ใช้ชั้น absorber ที่ทำจาก TaBN (Tantalum Boron Nitride) หนาประมาณ 60 นาโนเมตร เพื่อดูดกลืนแสง EUV ความยาวคลื่น 13.5 นาโนเมตรในบริเวณที่ไม่ต้องการให้แสงผ่าน ปัญหาคือเมื่อเลนส์ของเครื่อง lithography ขยับไปสู่ High-NA (0.55 NA) อย่างเครื่องตระกูล ASML EXE มุมตกกระทบของแสงบนมาสก์จะสูงขึ้น ทำให้เกิดเงา (shadowing) และการเบี้ยวของภาพที่ฉายลงบนเวเฟอร์ (CD asymmetry, best-focus shift) รุนแรงกว่าระบบ Low-NA เดิมมาก ยิ่งชั้น absorber หนาเท่าไหร่ ปัญหานี้ก็ยิ่งชัดเจนขึ้นเท่านั้น
แนวทางแก้ปัญหาหลักที่อุตสาหกรรมศึกษากันมาหลายปีคือการหาวัสดุ "low-n absorber" — วัสดุที่มีค่าดัชนีหักเหแสง (refractive index, n) ต่ำกว่าและค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืน (extinction coefficient, k) สูงกว่า TaBN เพื่อให้สามารถลดความหนาของชั้นฟิล์มลงได้ในขณะที่ยังคงความคมชัดของภาพ (optical contrast) ไว้เท่าเดิมหรือดีกว่า Pt-W alloy เป็นหนึ่งในผู้ท้าชิงล่าสุดในกลุ่มนี้ ด้วยความหนาแน่นสูงและเลขอะตอมสูงของแพลทินัม ทำให้มีศักยภาพดูดกลืนแสง EUV ได้ดีในชั้นที่บางกว่าวัสดุเดิม
เบื้องหลังเทคนิค: ทำไมต้องเป็นโลหะผสม ไม่ใช่โลหะบริสุทธิ์
การเลือกใช้โลหะผสม (alloy) แทนโลหะบริสุทธิ์ในงาน mask absorber มีเหตุผลทางวิศวกรรมหลายข้อ:
- ควบคุมค่า n และ k ได้ละเอียดขึ้น — การปรับสัดส่วนธาตุใน alloy ช่วยปรับคุณสมบัติทางแสงให้เข้ากับช่วงที่ต้องการได้มากกว่าการใช้ธาตุเดี่ยว
- ความเสถียรทางกล-ความร้อน — ชั้นฟิล์มต้องทนต่อกระบวนการผลิตมาสก์ (patterning, etching, cleaning) โดยไม่แตกร้าวหรือหลุดล่อน
- ความต้านทานการเกิดออกไซด์ — วัสดุ absorber หลายตัวที่เคยถูกศึกษา เช่น กลุ่ม Ni-based หรือ Co-based มีจุดอ่อนเรื่องการเกิดออกไซด์ผิวซึ่งกระทบความเสถียรของคุณสมบัติแสงในระยะยาว
งานวิจัยของทีม CAS/Jilin University ประเมินทั้งคุณสมบัติฟิล์ม (film properties) ของ Pt-W alloy และผลต่อประสิทธิภาพการสร้างภาพจริงผ่านการจำลองและ/หรือทดลองในบริบทของ High-NA EUV ซึ่งเป็นขั้นตอนมาตรฐานก่อนที่วัสดุ absorber ตัวใหม่จะถูกพิจารณานำไปทดสอบในสายการผลิตมาสก์เชิงพาณิชย์
ผลกระทบต่อผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์ในภูมิภาค SEA
แม้ Pt-W alloy ยังอยู่ในขั้นตอนวิจัยพื้นฐาน (ไม่ใช่วัสดุที่ผลิตเชิงพาณิชย์แล้ว) แต่ทิศทางนี้มีนัยสำคัญต่อผู้เล่นในห่วงโซ่อุปทานเซมิคอนดักเตอร์หลายกลุ่ม:
- ผู้ผลิต mask blank และโฟโต้มาสก์ — ต้องติดตามวัสดุ absorber รุ่นใหม่เพื่อเตรียมปรับกระบวนการ deposition และ qualification ล่วงหน้า เพราะการเปลี่ยนวัสดุ absorber กระทบทั้ง supply chain ของ sputtering target และสารเคมีที่ใช้ในการทำความสะอาดและกัดลาย
- โรงงาน fab ที่ลงทุน High-NA EUV — วัสดุ absorber ใหม่ที่ลด mask 3D effects ช่วยให้ yield และความแม่นยำของ CD ดีขึ้น เป็นปัจจัยที่ต้องติดตามคู่กับ roadmap การอัปเกรดเครื่องจักร
- ผู้จัดหาสารเคมีและวัสดุเกรดอิเล็กทรอนิกส์ในภูมิภาค — แม้ยังไม่มีผลกระทบโดยตรงต่อซัพพลายเชนวันนี้ แต่สะท้อนทิศทางว่าความต้องการโลหะบริสุทธิ์เกรดสูงและ specialty materials (เช่น เป้า sputtering เกรดสูง) จะยิ่งซับซ้อนและมีสเปกเฉพาะทางมากขึ้นในอนาคต
เปรียบเทียบวัสดุ Mask Absorber: มาตรฐานเดิม vs ทางเลือกที่กำลังศึกษา
ตารางด้านล่างเป็นภาพรวมเชิงเปรียบเทียบคุณลักษณะทั่วไปของวัสดุ absorber แต่ละกลุ่มตามที่มีรายงานในวรรณกรรมอุตสาหกรรม ค่าตัวเลขเป็นค่าบ่งชี้ (indicative) เท่านั้น เพราะค่าจริงขึ้นกับกระบวนการ deposition และสเปกของแต่ละการศึกษา
| วัสดุ Absorber | ลักษณะดัชนีหักเหแสง (n) | ความหนาที่ต้องการโดยประมาณ | สถานะ/จุดเด่น-จุดอ่อน |
|---|---|---|---|
| TaBN (มาตรฐานปัจจุบัน) | ค่อนข้างสูง | ~60 นาโนเมตร | ใช้งานจริงในอุตสาหกรรมแล้ว เสถียร แต่ก่อ shadowing มากเมื่อใช้กับ High-NA |
| Ni-based alloy (ทางเลือกที่เคยศึกษา) | ต่ำกว่า TaBN | บางลง (~30-40 นาโนเมตร) | ลด shadowing ได้ แต่มีประเด็นความเสถียรจากออกซิเดชัน |
| Co-based alloy (ทางเลือกที่เคยศึกษา) | ต่ำกว่า TaBN | บางลง | แนวทางคล้ายกลุ่ม Ni-based ยังอยู่ระหว่างการประเมินความเสถียรระยะยาว |
| Pt-W alloy (งานวิจัยนี้) | ต่ำ, ค่า k สูง | เป้าหมายบางกว่า 30 นาโนเมตร | ขั้นวิจัยพื้นฐาน ความหนาแน่นสูงช่วยดูดกลืนแสงดี ต้องรอข้อมูลความเสถียรเชิงอุตสาหกรรมเพิ่มเติม |
เช็กลิสต์การติดตามสำหรับทีมจัดซื้อและวิศวกรรมวัสดุ
- ติดตามการตีพิมพ์ต่อเนื่องจากทีมวิจัยกลุ่มนี้และกลุ่มอื่นที่ศึกษา low-n absorber เพื่อประเมินว่า Pt-W alloy ผ่านขั้น pilot-scale หรือยัง
- จับตาประกาศจาก mask blank supplier รายใหญ่ว่ามีแผน qualify วัสดุ absorber รุ่นใหม่เมื่อใด
- ประเมินผลกระทบต่อ sputtering target และสารเคมีเกรดอิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้อง หากมีการเปลี่ยนวัสดุ absorber ในอนาคต
- สำหรับผู้ผลิตที่ลงทุน High-NA EUV แล้ว ควรติดตาม roadmap ของวัสดุ absorber ควบคู่กับแผนอัปเกรดกระบวนการ mask
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับ Pt-W Alloy High-NA EUV Mask Absorbers
Low-n absorber คืออะไร และทำไมต้องใช้ใน High-NA EUV?
Low-n absorber คือวัสดุดูดกลืนแสงที่มีค่าดัชนีหักเหแสงต่ำกว่าวัสดุมาตรฐาน TaBN ทำให้สามารถทำชั้นฟิล์มให้บางลงได้ในขณะที่ยังคงความคมชัดของภาพเท่าเดิม ความบางนี้สำคัญมากสำหรับ High-NA EUV เพราะมุมตกกระทบแสงที่สูงขึ้นทำให้ชั้น absorber ที่หนาก่อให้เกิดเงาและการบิดเบือนภาพที่รุนแรงกว่าระบบเดิม
Pt-W alloy พร้อมใช้งานเชิงพาณิชย์แล้วหรือยัง?
ยังไม่พร้อม งานวิจัยที่รายงานโดย Semiconductor Engineering อยู่ในขั้นตอนประเมินคุณสมบัติฟิล์มและประสิทธิภาพการสร้างภาพในห้องปฏิบัติการ/การจำลอง ซึ่งเป็นขั้นตอนต้นของกระบวนการพัฒนาวัสดุ absorber ใหม่ ก่อนที่จะถูกนำไปทดสอบ qualification ในสายการผลิตมาสก์เชิงพาณิชย์ต่อไป
ผู้ผลิตในภูมิภาค SEA ควรให้ความสำคัญกับเรื่องนี้มากแค่ไหน?
สำหรับผู้ผลิตที่ยังไม่ได้ลงทุน High-NA EUV ผลกระทบทางตรงยังมีจำกัด แต่การติดตามทิศทางวัสดุ absorber รุ่นใหม่ช่วยให้ทีมวิศวกรรมและจัดซื้อวางแผนล่วงหน้าได้ดีขึ้น โดยเฉพาะในแง่ของความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นของวัสดุเกรดอิเล็กทรอนิกส์และสารเคมีเฉพาะทางที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิตมาสก์
How DIC supports this
DIC จัดจำหน่ายสารเคมีและวัสดุเกรดอิเล็กทรอนิกส์ให้ผู้ผลิตในภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ โดยอาศัยเครือข่ายนำเข้าจากจีนและแหล่งผลิตหลายแหล่ง (multi-origin sourcing) ร่วมกับโปรแกรม VMI และคลังสินค้าที่แยกพื้นที่ควบคุมคุณภาพสำหรับวัสดุที่มีข้อกำหนดเฉพาะทางสูง ทีมงานของเราติดตามพัฒนาการด้านวัสดุศาสตร์ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์อย่างต่อเนื่อง เพื่อช่วยให้ลูกค้าวางแผนความต่อเนื่องของซัพพลายล่วงหน้า หากคุณกำลังมองหาข้อมูลหรือต้องการปรึกษาเรื่องการจัดหาสารเคมีและวัสดุเกรดอิเล็กทรอนิกส์ ติดต่อทีม DIC ได้ผ่านแบบฟอร์มติดต่อของเรา
