Совершенствование современных технологий с соответствующим продлением сроков их применения позволит отсрочить переход на рискованные альтернативы
Исследователи IBM сегодня объявили о том, что нашли способ совершенствования ключевого процесса производства полупроводниковых кристаллов, позволяющий уменьшить размеры создаваемых на кристалле схемных элементов. Это достижение в перспективе может отсрочить рискованный переход на весьма дорогостоящие альтернативные технологии.
Ученым IBM удалось создать высококачественные линейные шаблоны с минимальным размером за всю историю отрасли с помощью технологии оптической литографии в области дальнего УФ-излучения (длина волны 193 нм), которая в настоящее время используется для глубокой "печати" электронных схем на полупроводниковых кристаллах. Отчетливо различимые и равномерно расположенные грани имеют ширину всего 29,9 нанометра (один нанометр равен одной миллиардной части метра). Это менее одной трети от размера изделий, находящихся сегодня в массовом производстве (90 нм), и менее величины 32 нм, которую отраслевые эксперты единодушно считали физическим пределом для технологий оптической литографии.
Pictured on the left is the record-small array of 29.9-nanometer-wide lines and equally sized spaces created by IBM scientists (at its Almaden Research Center in San Jose, California) using a variation of optical lithography. These lines are less than one-third the size of the 90-nanometer features (example at right, same magnification) now in mass production by the microchip industry. They are also smaller than the 32-nanometer size that industry consensus held was the limit for optical lithography techniques. By creating such small features using optical lithography, the IBM researchers have shown the industry a possible route for extending the current manufacturing processes to generate ever-smaller chip circuits. Such an extension may also postpone a high-risk conversion to an extremely expensive alternative.
На протяжении нескольких десятилетий полупроводниковая промышленность постоянно уменьшала размеры схем, стремясь повысить производительность и функциональность кристаллов и, соответственно, продуктов, в которых эти кристаллы используются. Однако сегодня величина кристаллов приближается к пределу минимальной величины – размерам отдельных атомов и молекул – что ставит под вопрос дальнейшее развитие процесса совершенствования полупроводниковых кристаллов, известного как закон Мура. Новые достижения IBM показывают, что "иммерсия с высоким показателем преломления" – разновидность оптической литографии, использующая дальнюю область УФ-излучения – потенциально может продлить время действия закона Мура, что даст отрасли определенный запас времени.
Технические подробности
Микроэлектронные чипы производятся методом фотолитографии, которая по своей сути очень похожа на технологию трафаретной печати – за исключением того, что вместо краски или чернил используется свет. Фотолитографический процесс переносит различные шаблоны схемных решений на кремниевую пластину – путем пропускания однородного пучка лазерного излучения через теневую маску и фокусирования его на светочувствительном материале (т.н. фоторезисте), которым покрыта кремниевая пластина. После этого выполняются операции проявления, гравирование травлением и осаждения, которые окончательно формируют элементы электронной схемы. Для изготовления типичного компьютерного процессора или чипа памяти могут потребоваться десятки фотолитографических циклов.
В течение многих лет отрасль формировала схемные элементы все меньшего размера – что позволяет делать электронные устройства более компактными, производительными и экономически доступными – благодаря использованию все более коротких световых волн и более мощных линз. Самое последнее изобретение в этой области – размещение между последней линзой и кремниевой пластиной жидкости (в настоящее время – воды), которая дополнительно повышает разрешающую способность.
До настоящего времени не было известно, сможет ли отрасль с помощью технологии оптической иммерсии создавать устойчиво различимые объекты с размерами менее 32 нм. Считалось, что новые материалы, необходимые для таких малых размеров, будут несовместимы друг с другом или позволят создавать только расплывчатые, смазанные шаблоны. В результате в последние годы разрабатывались планы перехода на принципиально иные и гораздо более дорогие – но по-прежнему не гарантирующие успеха – технологии производства, использующие вместо лазерного излучения и линз соответственно мягкое рентгеновское излучение (т.н. вакуумное ультрафиолетовое излучение) и экзотические зеркала.
Стремясь усовершенствовать существующие технологии оптической литографии, корпорация IBM создала ведущий в отрасли экспериментальный аппарат NEMO, предназначенный для исследований в области интерференционной иммерсионной литографии. Аппарат IBM NEMO с помощью двух пересекающихся лазерных лучей создает интерференционные картины из освещенных и затемненных участков, промежутки между которыми имеют меньшие размеры, чем можно получить на существующих установках для производства электронных кристаллов. Аппарат NEMO является идеальным инструментом для исследования, тестирования и оптимизации жидкостей с высоким коэффициентом преломления и фоторезистов, которые оцениваются на предмет использования в будущих УФ-системах дальней области спектра для создания электронных компонентов сверхмалого размера. Теперь, когда новые результаты IBM указали направление дальнейшего совершенствования оптической литографии, для коммерческой пригодности этой технологии необходимо разработать оптические материалы с высоким коэффициентом преломления.
При прохождении света через прозрачный материал его скорость уменьшается пропорционально коэффициенту преломления этого материала. Фактически пропускание света через материал с высоким коэффициентом преломления создает эффект уменьшения длины волны и обеспечивает более точную фокусировку. Разрешающая способность иммерсионной литографии ограничивается минимальным показателем преломления таких компонентов, как последняя линза, жидкость и светочувствительный материал. В экспериментах на аппарате IBM NEMO линза и жидкость имели показатель преломления около 1,6, а фоторезист – 1,7. Будущие исследования будут направлены на разработку линз, жидкостей и светочувствительных материалов с показателем преломления на уровне 1,9, что позволит создавать методом экспонирования элементы еще меньшего размера.
