Litografia zdemaskowana

Ponieważ konsumenci oczekują, że wszystko, od telefonów komórkowych po pluszaki, będzie mieć znaczną moc obliczeniową, producenci są pod presją, aby produkować coraz szybsze i tańsze mikroczipy. Jednak wytwarzanie chipów komputerowych przy użyciu fotolitografii — standardowej techniki produkcyjnej — jest szalenie drogie. Znaczącą część tych kosztów stanowią maski przypominające szablony, które filtrują wiązkę światła używaną do nanoszenia na chipie milionów tranzystorów. Rzeczywiście, wykonanie pojedynczego chipa krzemowego może wymagać aż 30 masek, które kosztują ponad milion dolarów, a ponieważ tranzystory w chipie wciąż się kurczą, koszt masek tylko rośnie.

Nic więc dziwnego, że naukowcy ścigają się, aby opracować sposoby całkowitego wyeliminowania masek. Jeden z najbardziej obiecujących wysiłków, kierowany przez Henry'ego Smitha, dyrektora Laboratorium Nanostruktur w MIT, wykorzystuje szereg maleńkich lusterek, każde o średnicy zaledwie 16 mikrometrów, do kierowania światła przez mikroskopijne soczewki; każda soczewka skupia wiązkę światła w punkcie na płytce krzemowej, a im mocniejsza soczewka, tym mniejsza plamka. Pochylając poszczególne lusterka w przód iw tył, komputer może włączać i wyłączać poszczególne wiązki, podczas gdy cała konfiguracja skanuje wafel. Mając aż milion luster, system mógłby stworzyć ten sam złożony wzór na krzemowym chipie, który normalnie wymagałby serii masek.

Ta historia była częścią naszego wydania z września 2001 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Do tej pory grupa Smitha używała tego systemu do modelowania chipów o szerokości 350 nanometrów o 40 procent szerszych niż te w najlepszych dzisiejszych chipach. Jednak symulacje komputerowe przewidują, że technologia MIT może generować cechy tak małe lub nawet mniejsze niż te uzyskane przy użyciu konwencjonalnej litografii, poprzez przełączenie na krótsze długości fal światła.

Na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley grupa kierowana przez inżyniera elektryka Williama Oldhama przyjmuje podobne podejście; ale tam, gdzie grupa MIT skupiła się na zwiększeniu mocy soczewek w celu tworzenia mniejszych elementów, naukowcy z Berkeley zmniejszają rozmiar luster. Bez zwiększania mocy soczewek, aby uzyskać mniejsze wzory, potrzebujesz mniejszych luster, mówi Yashesh Shroff, doktorant w laboratorium Oldhama.

Obecnie zespół Oldhama wykonuje lustra o średnicy zaledwie jednego mikrometra. Nikt nigdy wcześniej nie robił tak małych lusterek, mówi Shroff. Dodaje, że w ciągu pięciu lat naukowcy mają nadzieję, że uzyskają kompletny system, który będzie w stanie wytrawić elementy o szerokości 50 nanometrów lub mniejszej w chipach krzemowych.

Technologie bezmaskowe mogą zapewnić projektantom chipów niespotykaną elastyczność. Dan Herr, dyrektor ds. badań nad materiałami i procesami badawczymi w wspieranej przez branżę firmie Semiconductor Research Corporation w Research Triangle Park, mówi, że jeśli chcesz testować projekt dziennie, nie możesz sobie pozwolić na zbudowanie maski wartej milion dolarów dziennie. NC. Z drugiej strony przy mikrolusterkach projektant może po prostu przeprogramować macierz. A technika ta może sprawić, że wytwarzanie niestandardowych chipów do takich rzeczy, jak synteza mowy w zabawkach lub odtwarzanie plików MP3 na komputerach przenośnych — chipy produkowane w znacznie mniejszych ilościach niż, powiedzmy, procesory Pentium — będą znacznie bardziej opłacalne. Powiedzmy, że chcę zrobić chip dla gadającego misia, ale spodziewam się sprzedać tylko 2000 sztuk, mówi inżynier David Carter, członek grupy MIT. Teraz, gdy maska ​​kosztuje milion dolarów, kto zapłaci 500 dolarów za pluszowego misia?

Większa elastyczność i niższe koszty mogą być również dobrodziejstwem dla innych branż poszukujących nowych zastosowań litografii. Smith, na przykład, uważa, że ​​jego technologia będzie dobrze nadawać się do modelowania komór i kanałów, które pomagają przetwarzać próbki biologiczne w mikroprzepływowych chipach, które można wykorzystać do odkrywania leków lub w podręcznych urządzeniach diagnostycznych.

Obserwatorzy sugerują, że zespół MIT jest najbliżej produktu, który mógłby zastąpić maski; Naukowcy mają nadzieję, że za rok lub dwa pojawią się na rynku komercyjne urządzenie zwierciadlane i soczewkowe do prototypowania chipów. Mimo to producenci chipów zwracają również uwagę na wysiłki w zakresie litografii prowadzone przez Berkeley, Stanford University i University of Texas w Austin. Jeszcze mniej więcej dwa lata temu cała ta bezmaskowa technologia była postrzegana jako bardzo błękitne niebo, mówi Herr. Jednak postępy w oprogramowaniu komputerowym, a także w technologiach wytwarzania takich elementów jak mikrolustra, w połączeniu z rosnącymi kosztami istniejących metod produkcji, mogą w ciągu czterech do pięciu lat przenieść litografię bezmaskową z laboratorium do zakładów produkcyjnych.

Jeśli i kiedy tak się stanie, obniży to jeszcze jedną barierę dla innowacji komputerowych.

ukryć