Prezentacje pomysłów - bezmaskowe wytwarzanie mikroukładów ujawnia nowe potencjalne rynki
Litografia półprzewodnikowa jest procesem, podczas którego następuje nadrukowywanie miniaturowych kanałów i bramek, stanowiących serce tranzystorów, które tworzą "mikroukład scalony" (IC). Przy zastosowaniu techniki zwanej "litografią bezmaskową" (ML2), naukowcy z finansowanego przez UE projektu pod nazwą "Litografia bezmaskowa do wytwarzania mikroukładów scalonych" (MAGIC) inicjują nową erę w dziedzinie produkcji miniaturowych układów scalonych IC, umożliwiając opracowanie szybszego, łatwiejszego i tańszego procesu technologicznego. Obecna metoda wytwarzania mikroukładów scalonych polega na stosowaniu techniki litografii z maskowaniem, a więc głównie szablonu definiującego pożądany wzór obwodu. Jest to proces stosowany od dłuższego czasu w przemyśle mikroukładów scalonych, z uwagi na jego efektywność. Maski są jednak bardzo drogie; produkcja pojedynczej maski może bowiem kosztować do kilkuset tysięcy euro. Jeden mikoukład scalony może wymagać zastosowania kilku takich masek. Całkowity koszt maski wzrasta, w miarę jak mikroukłady scalone stają się coraz mniejsze i bardziej skomplikowane. Z tego powodu, by wyeliminować rosnące koszty masek półprzewodnikowych, w ramach projektu MAGIC badano potencjał możliwości stosowania techniki bezmaskowej. Realnie biorąc, litografia z maskowaniem staje się coraz bardziej złożona z każdym nowym wprowadzanym postępem w dziedzinie techniki litograficznej. Dla przykładu, technika korekcji gęstości optycznej polega na kompensacji wpływów zniekształceń, spotykanych często wzdłuż krawędzi kanałów, podczas gdy maski przesunięcia fazowego wykorzystują interferencje powstające wskutek różnic faz światła, w celu poprawy rozdzielczości w fotolitografii. Obydwie te techniki służą do kompensowania problemów powstających wskutek dalszego rozwijania technik litograficznych. W miarę jak litografia staje się coraz bardziej złożona, wytwarzanie masek jest bardziej skomplikowane i droższe. Tak więc, maski wymagają obecnie stosowania lepszych i droższych materiałów, a także bardziej pracochłonnych i czasochłonnych procesów produkcyjnych. "Występuje obecnie realna potrzeba stosowania litografii bezmaskowej, bowiem rosnące koszty związane z wytwarzaniem masek odgrywają istotną rolę w ogólnych kosztach wykorzystywania tej techniki," wyjaśnia Laurent Pain, koordynator projektu MAGIC. Litografia bezmaskowa ML2 pracuje na zasadzie wielu wiązek. Zasadniczo biorąc, duża wiązka elektronowa skupiana jest przy pomocy szczeliny. Taka szczelina może rozszczepić wiązkę na tysiące lub nawet miliony małych wiązek. Wiązki te przechodzą poprzez czynny element "układu mikroelektromechanicznego", zwanego wygaszaczem, który steruje każdą wiązką indywidualnie. Niektóre wiązki są następnie odchylane lub wygaszane, podczas gdy te, które mogą przejść, umożliwiają stworzenie pożądanego obwodu mikroukładu scalonego. Pomoc dla europejskiego przemysłu mikroelektronicznego Przemysłowi masowi wytwórcy, tacy jak Intel i Samsung, koncentrują się na masowej produkcji mikroprocesorów lub mikroukładów pamięci. Dla tych producentów, wzrost kosztów litografii jest mniej ważny, ponieważ związane z nią koszty rozkładają się w masowej wielkoseryjnej produkcji na miliony mikroukładów scalonych. Ale przedsiębiorstwa, które pracują nad "układami scalonymi dla określonych aplikacji" (ASIC), a także małe i średnie przedsiębiorstwa (MŚP), borykają się z wysokimi kosztami produkcji. Jest to istotnym problemem zwłaszcza dla Europy, gdzie większość przedsiębiorstw technicznych zaliczyć można do kategorii MŚP. Jest to także utrudnienie przy wprowadzaniu technologii, ponieważ wysoki koszt wytwarzania mikroukładów scalonych na niewielką skalę może wyeliminować innowacje; a jeśli nowatorskie urządzenia, produkowane w niewielkich ilościach, są zbyt drogie, to uniemożliwione jest zdobywanie nowych rynków. Koncepcja bezmaskowej techniki wprowadzona została już przez niektórych kluczowych producentów komplementarnych półprzewodników tlenkowych (CMOS) na całym świecie, na przykład przez TSMC na Tajwanie i STMicroelectronics we Francji. Podczas ostatnich konferencji przemysłowych nawet firma Intel podkreślała znaczenie potencjału takiej techniki jako uzupełniające rozwiązanie w dziedzinie litografii optycznej. Oznacza to, iż technika ta ma obiecującą przyszłość oraz atrakcyjną wizję w zakresie badań i rozwoju (R&D). Testowanie techniki wielowiązkowej We wspólnym, finansowanym przez UE projekcie MAGIC zamierzano opracować technikę ML2 do testowania przy użyciu prototypów "obiektów alfa". Dwie partnerskie firmy, holenderska MAPPER Lithography oraz austriacka IMS Nanofabrication, poczyniły już znaczne postępy w opracowywaniu projektów zintegrowanych obwodów scalonych o wysokiej rozdzielczości przy użyciu bezmaskowej litografii elektronicznej, potwierdzając możliwości tej techniki, a także przywództwo tych dwóch europejskich przedsiębiorstw w tej dziedzinie. Połowa prowadzonych przez MAGIC projektów skoncentrowana była na opracowaniu narzędzi wytwarzanych przez MAPPER oraz IMS. Zapewniło to stworzenie szerokiego zakresu stosowanych technik, ponieważ narzędzie opracowane przez MAPPER powstało w oparciu o wiązki elektronowe niskonapięciowe, podczas gdy IMS opracował system wiązek wysokonapięciowych. W projekcie wykonano prototypy w wersji alfa, spełniające wymagania producentów półprzewodników co do techniki dwukrotnie mniejszego rozstawu wyprowadzeń i rozmiaru 32 nanometrów. Dwukrotnie mniejszy rozstaw wyprowadzeń dotyczy rozmiaru linii i odległości, oddzielających jeden element od drugiego w mikroukładzie scalonym. "W trzyletnim okresie prowadzenia projektu, obydwie platformy doprowadziły opracowania swoich technik od potwierdzenia koncepcji do wstępnego poziomu prototypu alfa," zauważył Dr Pain, dodając, iż "do dnia dzisiejszego w obydwu rozwiązaniach poczyniono znaczne postępy, podkreślające możliwości litografii bezmaskowej." W ramach drugiej części opracowań projektu MAGIC zamierzano zaprojektować niezbędną infrastrukturę do zastosowania tych narzędzi w środowisku przemysłowym, przy czym prace nad infrastrukturą podzielono na trzy zasadnicze zakresy: obróbka danych, efekty zbliżenia wiązki elektronów oraz integracja przemysłowa. W projekcie MAGIC opracowano szybką i solidną platformę przygotowania danych komercyjnych, kompatybilną ze standardami przemysłowymi oraz umożliwiającą pełne wsparcie dla systemu produkcji bezmaskowej. Platforma ta zapewnia również kompensację efektu zbliżenia wiązki elektronów w systemie ML2. Było to istotne opracowanie. Pełne oddziaływanie wiązki elektronowej na podłoże, jak również potencjalne efekty cieplne, muszą być kompensowane, by zapewnić dokładne odwzorcowanie mikroobwodów. Rozwiązania opracowane w projekcie MAGIC eliminują ten problem dzięki zastosowaniu odpowiednich korekcji. Na koniec, w projekcie zademonstrowano, że realnie rzecz biorąc, ML2 może być integrowany do środowiska przemysłowego przy zastosowaniu platform opracowanych przez partnerów. "Rok 2010 był ważny dla przebiegu projektu MAGIC," wspomina Pain. "Właśnie w okresie tego roku potwierdzono pełen potencjał masowej litografii pracujacej na zasadzie równoległej wiązki elektronów. W celu zaprezentowania wszystkich kluczowych, funkcjonalnych elementów, dla obydwu opracowanych technik zbudowano pracujące urządzenia." Technika ta jest obiecująca, ale rozwijano ją przez długi czas. Firma IMS Nanofabrication pierwsza zasugerowała koncepcję bezmaskowej litografii w latach 1980, ale nie istniały wówczas techniki niezbędne do praktycznego jej wprowadzenia. Obecne wysiłki, wspierające wprowadzanie bezmaskowej litografii, rozpoczęte zostały w roku 2005, w ramach finansowanego przez UE projektu pod nazwą "Radykalne innowacje w bezmaskowej nanolitografii" (RIMANA), a także w ramach projektów MEDEA+ (T408 i T409). Obecnie, projekt MAGIC znakomicie poprawił pozycję Europy w dziedzinie zaawansowanego wytwarzania półprzewodników metodą ML2. Projekt MAGIC uzyskał dofinansowanie z konta budżetowego technologii informacyjno-komunikacyjnych Siódmego Progarmu Ramowego UE (FP7). Użyteczne odnośniki: - Projekt "Bezmaskowa litografia produkcji mikroukładów scalonych" - Rejestr danych projektu MAGIC w organizacji CORDIS Odnośne publikacje: - Projekt UE pracuje nad systemem testowania zdrowia pracowników "w biurach" - Finansowany przez UE projekt opracowuje język specyfikacji mikroukładów scalonych - Krzemowe, zintegrowane układy scalone bez ograniczeń