Forskare vid Johns Hopkins University har avslöjat ett nytt tillvägagångssätt för chiptillverkning som använder lasrar med en våglängd på 6,5 nm ~ 6,7 nm - även känd som Soft X-strålar - som kan öka upplösningen för litografiverktyg till 5 nm och lägre, rapporterar Cosmos publicerad i Nature.
Forskarna kallar sin metod för "bortom-EUV" - vilket tyder på att deras teknik kan ersätta industri-standard EUV-litografi - men forskarna medger att de för närvarande är år borta från att bygga ens ett experimentellt B-EUV-verktyg.
Mjuka röntgenstrålar-kan utmana Hyper-NA. På papper
De mest avancerade chipsen numera tillverkas med EUV-litografi, som arbetar vid en våglängd på 13,5 nm och kan producera funktioner så små som 13nm (låg-NA EUV på 0,33 numerisk bländare), 8nm (hög-NA EUV på 0,54nm), eller till och med 54nm (Hyper-NA EUV på 0,7 – 0,75 NA) till priset av extrem komplexitet hos litografisystemen som har mycket avancerad optik som kostar hundratals miljoner dollar.
Genom att använda en kortare våglängd kan forskare från Johns Hopkins University få en inneboende upplösningsboost även med linser med måttlig NA. Men de står inför många utmaningar med B-EUV.
För det första är B‑EUV-ljuskällor ännu inte klara. Olika forskare har provat flera metoder för att generera 6,7 nm våglängdsstrålning (t.ex. plasmaproducerad gadoliniumlaser-), men det finns ingen industristandard-metod. För det andra interagerar dessa kortare våglängder - på grund av deras höga fotonenergi - dåligt med traditionella fotoresistmaterial som används vid spåntillverkning. För det tredje, eftersom 6,5 nm ~ 6,7 nm våglängdsljus absorberas snarare än reflekteras av i stort sett allting, har flerskikts-belagda speglar för denna typ av strålning inte producerats tidigare.
|
Litografi typ |
Våglängd |
Uppnåelig upplösning |
Foton energi |
Numerisk bländare (NA) |
Anteckningar |
|
g-linje (Pre-DUV) |
436 nm |
500 nm |
2,84 eV |
0.3 |
Använder kvicksilverånglampor; äldre noder; låg upplösning. |
|
i-line (Pre-DUV) |
365 nm |
350 nm |
3,40 eV |
0.3 |
Används för tidig CMOS. |
|
KrF DUV |
248 nm |
90 nm |
5.00 eV |
0.7 - 1.0 |
Används från ~130 nm till 90 nm; excimerlaserkälla; används fortfarande i backend-lager. |
|
ArF DUV |
193 nm |
65 nm (torr) - 45 nm (immersion + multimönster) |
6,42 eV |
Upp till 1,35 (nedsänkning) |
Mest avancerade DUV; fortfarande viktigt i fler-mönstrade 7 nm–5 nm noder; används för många lager i 2nm noder. |
|
EUV |
13,5 nm |
13 nm (native), 8 nm (multi-mönster) |
92 eV |
0.33 |
I volymproduktion för 5nm - 2nm noder. Kommer användas i många år framöver. |
|
Hög-NA EUV |
13,5 nm |
8 nm (native), 5 nm (förlängd) |
92 eV |
0.55 |
Första verktyg: ASML EXE:5200B; mål utöver 2 nm-klassnoder; minskad fältstorlek, högre kostnad. |
|
Hyper-NA EUV (framtid) |
13,5 nm |
4 nm eller bättre (teoretiskt) |
92 eV |
0,75 eller mer |
Framtida teknik; kräver exotiska speglar och ultra-hög precisionsteknik. |
|
Mjuk röntgen-/B-EUV |
6,5 nm - 6.7 nm |
mindre än 5 nm (teoretiskt) |
185-190 eV |
0.3 - 0.5 (förväntat) |
Experimentell; fotoner med hög-energi; ny metall-organisk resistkemi under test. |
Slutligen måste dessa litografiverktyg designas från grunden, och för närvarande finns det inget ekosystem som stödjer designen med komponenter och förbrukningsmaterial. Sammanfattningsvis, att bygga en B-EUV-maskin (eller Soft X-ray-maskin?) kräver genombrott i ljuskällor, projektionsspeglar, resists och till och med förbrukningsmaterial som pellicles eller fotomasker.
Att lösa utmaningar en i taget
Forskare vid Johns Hopkins University, ledd av professor Michael Tsapatsis, undersökte hur vissa metaller kan förbättra interaktionen mellan B-EUV-ljus (cirka 6 nm våglängd) och motstå material som används vid spåntillverkning (dvs. de fungerade inte på andra utmaningar förknippade med mjuka röntgenstrålar).
Teamet upptäckte att metaller som zink kan absorbera B-EUV-ljus och avge elektroner, som sedan utlöser kemiska reaktioner i organiska föreningar som kallas imidazoler. Dessa reaktioner gör det möjligt att etsa mycket fina mönster på halvledarskivor.
Intressant nog, medan zink presterar dåligt med traditionellt 13,5 nm EUV-ljus, blir det mycket effektivt vid kortare våglängder, vilket understryker hur viktigt det är att matcha materialet med rätt våglängd.
För att applicera dessa metallorganiska föreningar på kiselskivor utvecklade forskarna en teknik som kallas kemisk flytande deposition (CLD). Den här metoden skapar tunna, spegelliknande lager- av ett material som kallas aZIF (amorfa zeolitiska imidazolat-ramverk), som växer med en hastighet av 1 nm per sekund. CLD möjliggör också snabb testning av olika metall-imidazolkombinationer, vilket gör det lättare att upptäcka de bästa parningarna för olika litografiska våglängder. Även om zink är väl lämpat för B-EUV, noterade teamet att andra metaller kan prestera bättre vid olika våglängder, vilket ger flexibilitet för framtida spåntillverkningsteknik.
Detta tillvägagångssätt ger tillverkarna en verktygslåda med minst 10 metallelement och hundratals organiska ligander för att skapa anpassade resists skräddarsydda för specifika litografiplattformar, avslöjade forskarna.
Sammanfattning
Även om forskarna inte löste hela stapeln av B-EUV-utmaningar (t.ex. källkraft, masker), avancerade de en av de mest kritiska flaskhalsarna: att hitta resistmaterial som kan fungera med 6nm våglängdsljus. De skapade CLD-processen för att applicera tunna, enhetliga filmer av amorfa zeolitiska imidazolat-ramverk (aZIF) på kiselskivor. De visade experimentellt att vissa metaller (som zink) kan absorbera mjukt röntgenljus och sända ut elektroner som utlöser kemiska reaktioner i imidazol-baserade resister.
Det finns många utmaningar att lösa med B-EUV, och tekniken har ingen tydlig väg till massmarknaden. CLD-processen kan dock användas ganska brett, både i halvledartillämpningar och icke-halvledarapplikationer.
FöljaTom's Hardware på Google Nyheter, ellerlägg till oss som en föredragen källa, för att få våra-aktuella-nyheter, analyser och recensioner i dina flöden. Se till att klicka på Följ-knappen!
