DUV mặt nạ trắng: Cơ hội thay thế nội địa cấp độ "quang khắc" tiếp theo

Trong chuỗi sản xuất bán dẫn rộng lớn, máy quang khắc là ngôi sao dưới ánh đèn sân khấu, chất quang khắc là tâm điểm tranh luận của thị trường, còn mặt nạ phôi trống (Blank Mask) – tấm kính phủ màng trông có vẻ bình thường này – lại lâu nay bị bỏ quên trong góc. Tuy nhiên, chính tấm mặt nạ trống chưa được ghi mạch điện tử này lại là nguồn gốc vật lý của độ chính xác trong quy trình quang khắc, quyết định hiệu suất chuyển đổi cuối cùng từ bản thiết kế đến tỷ lệ tốt của wafer.

I. Điều gì đã xảy ra? – Mặt nạ phôi trống DUV mở ra con đường thay thế nội địa

1. Mặt nạ phôi trống là gì?

Mặt nạ phôi trống (Blank Mask), còn được gọi là đế mặt nạ hoặc tấm nền mặt nạ trống, là vật liệu cơ bản để chế tạo mặt nạ quang khắc (Photomask). Nếu so sánh sản xuất wafer với in ấn, máy quang khắc là máy in, mặt nạ quang khắc là bản in, còn mặt nạ phôi trống là "tấm thép trống" dùng để chế tạo bản in.

Về cấu tạo vật lý, mặt nạ phôi trống được tạo thành từ đế có độ tinh khiết cao được đánh bóng chính xác (như thạch anh tổng hợp hoặc thủy tinh soda) kết hợp với lớp màng chức năng kích thước nano (gồm lớp che sáng và lớp cảm quang). Trong quá trình quang khắc, mặt nạ phôi trống qua các công đoạn như phơi sáng, hiện hình, khắc để được gia công thành mặt nạ quang khắc có họa tiết cụ thể, sau đó các họa tiết này được chuyển lên wafer. Các chỉ số quan trọng như độ phẳng, độ đồng đều màng và mật độ khuyết tật của mặt nạ phôi trống trực tiếp quyết định độ chính xác của việc chuyển họa tiết quang khắc, từ đó tác động quyết định đến tỷ lệ tốt và hiệu suất của chip.

2. Mặt nạ phôi trống được phân loại như thế nào?

Theo bước sóng quang khắc, mặt nạ phôi trống chủ yếu được chia thành ba loại:

Loại thứ nhất là Binary Blank Mask (mặt nạ phôi trống nhị phân), chủ yếu ứng dụng trong quy trình g-line, i-line và KrF (248nm), là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong quy trình trưởng thành, thường có cấu trúc đế thạch anh + lớp hấp thụ crom (Cr).

Loại thứ hai là Attenuated Phase Shift Blank Mask (mặt nạ phôi trống dịch pha suy giảm), chủ yếu tương ứng với ArF (193nm) và một số quy trình tiên tiến. So với Binary Mask truyền thống, loại này bổ sung vật liệu dịch pha như MoSi (molypden-silic), dùng nguyên lý giao thoa để tăng độ tương phản hình ảnh, độ khó kiểm soát màng tăng đáng kể.

Loại thứ ba là EUV Blank Mask, đại diện cho công nghệ tiên tiến nhất, thích ứng với quy trình dưới 7nm, yêu cầu đế giãn nở nhiệt cực thấp (LTEM) và cấu trúc màng phản xạ đa lớp Mo/Si khoảng 40-50 lớp.

Theo lĩnh vực ứng dụng, có thể chia thành Blank Mask bán dẫn, Blank Mask FPD (màn hình phẳng) và Blank PCB quang khắc, trong đó Blank Mask bán dẫn có yêu cầu kỹ thuật cao nhất và giá trị gia tăng cao nhất.

3. Tại sao dưới làn sóng trí tuệ nhân tạo, việc thay thế nội địa mặt nạ phôi trống DUV lại đặc biệt quan trọng?

Thị trường thường gắn AI trực tiếp với quy trình tiên tiến EUV, nhưng nhận thức này bỏ qua nhu cầu to lớn về quy trình trưởng thành trong chuỗi công nghiệp AI.

Đầu tiên, nhu cầu chính của ngành công nghiệp bán dẫn Trung Quốc vẫn đến từ quy trình DUV. Hiện tại, công nghệ chủ lực của hầu hết các nhà máy wafer 12 inch trong nước vẫn tập trung ở các nút 28nm, 40nm, 55nm, 65nm và 90nm, tất cả đều phụ thuộc vào quang khắc KrF và ArF. Ngay cả trong một số sản phẩm logic tiên tiến hơn, do hạn chế về thiết bị EUV, các nhà sản xuất trong nước vẫn phải dựa vào quang khắc ngâm ArF kết hợp với phơi sáng nhiều lần để đạt được độ chính xác cao hơn, điều này không những không giảm nhu cầu về Blank DUV mà còn làm tăng lượng sử dụng Blank ArF cao cấp và PSM Blank do số lớp mặt nạ tăng lên.