Forskere ved Johns Hopkins University har afsløret en ny tilgang til chipfremstilling, der bruger lasere med en bølgelængde på 6,5 nm ~ 6,7 nm - også kendt som bløde røntgenstråler -, der kan øge opløsningen af litografiske værktøjer til 5 nm og derunder, rapporterer Cosmos offentliggjort i Nature.
Forskerne kalder deres metode "ud over-EUV" -, hvilket tyder på, at deres teknologi kunne erstatte industri-standard EUV-litografi -, men forskerne indrømmer, at de i øjeblikket er år væk fra at bygge selv et eksperimentelt B-EUV-værktøj.
Bløde røntgenstråler-kan udfordre Hyper-NA. På papiret
De mest avancerede chips i dag er fremstillet ved hjælp af EUV-litografi, som fungerer ved en bølgelængde på 13,5 nm og kan producere funktioner så små som 13nm (Lav-NA EUV på 0,33 numerisk blænde), 8nm (Høj-NA EUV på 0,55nm), eller endda 54nm (Hyper-NA EUV på 0,7 – 0,75 NA) på bekostning af ekstrem kompleksitet af litografisystemerne, der har meget avanceret optik, der koster hundredvis af millioner af dollars.
Ved at bruge en kortere bølgelængde kan forskere fra Johns Hopkins University få et iboende opløsningsboost selv med linser med moderat NA. De står dog over for mange udfordringer med B-EUV.
For det første er B-EUV-lyskilder endnu ikke klar. Forskellige forskere har prøvet flere metoder til at generere 6,7 nm bølgelængdestråling (f.eks. gadoliniumlaser-produceret plasma), men der er ingen industri-standardtilgang. For det andet interagerer disse kortere bølgelængder - på grund af deres høje fotonenergi - dårligt med traditionelle fotoresistmaterialer, der bruges til spånfremstilling. For det tredje, fordi 6,5 nm ~ 6,7 nm bølgelængde lys absorberes i stedet for at reflekteres af stort set alt, er der ikke produceret flerlags-belagte spejle til denne type stråling før.
|
Litografi Type |
Bølgelængde |
Opnåelig opløsning |
Foton energi |
Numerisk blænde (NA) |
Noter |
|
g-linje (Pre-DUV) |
436 nm |
500 nm |
2,84 eV |
0.3 |
Bruger kviksølvdamplamper; legacy noder; lav opløsning. |
|
i-line (Pre-DUV) |
365 nm |
350 nm |
3,40 eV |
0.3 |
Bruges til tidlig CMOS. |
|
KrF DUV |
248 nm |
90 nm |
5.00 eV |
0.7 - 1.0 |
Anvendes fra ~130 nm til 90 nm; excimer laser kilde; stadig bruges i backend-lag. |
|
ArF DUV |
193 nm |
65 nm (tør) - 45 nm (immersion + multimønster) |
6,42 eV |
Op til 1,35 (nedsænkning) |
Mest avancerede DUV; stadig afgørende i multi-mønstrede 7 nm-5 nm noder; bruges til mange lag i 2nm noder. |
|
EUV |
13,5 nm |
13 nm (native), 8 nm (multi-mønster) |
92 eV |
0.33 |
I volumenproduktion for 5nm - 2nm noder. Vil blive brugt i mange år fremover. |
|
Høj-NA EUV |
13,5 nm |
8 nm (native), 5 nm (udvidet) |
92 eV |
0.55 |
Første værktøjer: ASML EXE:5200B; mål ud over 2 nm-klasseknudepunkter; reduceret feltstørrelse, højere omkostninger. |
|
Hyper-NA EUV (fremtidig) |
13,5 nm |
4 nm eller bedre (teoretisk) |
92 eV |
0,75 eller mere |
Fremtidens teknologi; kræver eksotiske spejle og ultra-høj præcisionsteknik. |
|
Blød røntgenstråle/B-EUV |
6,5 nm - 6.7 nm |
mindre end 5 nm (teoretisk) |
185-190 eV |
0.3 - 0.5 (forventet) |
Eksperimentel; fotoner med høj-energi; nye metal-organiske resistkemier under afprøvning. |
Endelig skal disse litografiværktøjer designes fra bunden, og i øjeblikket er der intet økosystem til at understøtte design med komponenter og forbrugsstoffer. For at opsummere, at bygge en B-EUV-maskine (eller Soft X-ray-maskine?) kræver gennembrud inden for lyskilder, projektionsspejle, resists og endda forbrugsvarer som pellikler eller fotomasker.
Løsning af udfordringer en ad gangen
Forskere ved Johns Hopkins University, ledet af professor Michael Tsapatsis, undersøgte, hvordan visse metaller kan forbedre interaktionen mellem B-EUV-lys (omkring 6 nm bølgelængde) og modstå materialer, der bruges til spånfremstilling (dvs. de virkede ikke på andre udfordringer forbundet med bløde røntgenstråler).
Holdet opdagede, at metaller som zink er i stand til at absorbere B-EUV-lys og udsende elektroner, som derefter udløser kemiske reaktioner i organiske forbindelser kaldet imidazoler. Disse reaktioner gør det muligt at ætse meget fine mønstre på halvlederskiver.
Interessant nok, mens zink klarer sig dårligt med traditionelt 13,5nm EUV-lys, bliver det yderst effektivt ved kortere bølgelængder, hvilket understreger, hvor vigtigt det er at matche materialet med den rigtige bølgelængde.
For at anvende disse metalorganiske forbindelser på siliciumwafers udviklede forskerne en teknik kaldet kemisk væskeaflejring (CLD). Denne metode skaber tynde, spejllignende lag af et materiale kaldet aZIF (amorfe zeolitiske imidazolatstrukturer), der vokser med en hastighed på 1 nm pr. sekund. CLD giver også mulighed for hurtig test af forskellige metal-imidazol-kombinationer, hvilket gør det lettere at finde de bedste parringer for forskellige litografibølgelængder. Mens zink er velegnet til B-EUV, bemærkede teamet, at andre metaller muligvis yder bedre ved forskellige bølgelængder, hvilket giver fleksibilitet til fremtidige spånfremstillingsteknologier.
Denne tilgang giver producenterne en værktøjskasse med mindst 10 metalelementer og hundredvis af organiske ligander til at skabe brugerdefinerede resists, der er skræddersyet til specifikke litografiske platforme, afslørede forskerne.
Oversigt
Selvom forskerne ikke løste hele stakken af B-EUV-udfordringer (f.eks. kildestrøm, masker), avancerede de en af de mest kritiske flaskehalse: at finde resistmaterialer, der kan arbejde med 6nm bølgelængdelys. De skabte CLD-processen til at påføre tynde, ensartede film af amorfe zeolitiske imidazolatrammer (aZIF'er) på siliciumwafers. De viste eksperimentelt, at visse metaller (som zink) kan absorbere blødt røntgenlys og udsende elektroner, der udløser kemiske reaktioner i imidazol-baserede resists.
Der er masser af udfordringer, der skal løses med B-EUV, og teknologien har ikke en klar vej til massemarkedet. CLD-processen kan dog bruges ret bredt, både i halvleder- og ikke-halvlederapplikationer.
FølgeTom's Hardware på Google Nyheder, ellertilføje os som en foretrukken kilde, for at få vores-aktuelle-nyheder, analyser og anmeldelser i dine feeds. Sørg for at klikke på Følg-knappen!
