Литография - скромный попутчик больших революций
Одним из способов увеличения стабильности работы чипа на более высоких частотах является переход к более низким проектным нормам. Сам по себе этот путь очень дорогой, и не только потому, что заключается в модернизации парка производственного оборудования, но и в виду сложных научных исследований, предшествующих ему. Не секрет, что, скажем, компания Intel тратит на развитие научной базы десятки миллионов долларов в год. Кроме, собственно, исследований полупроводниковых материалов и новых схеморешений ведутся разработки и в параллельных областях науки, например, в квантовой физике, так как если для фотолитографии при процессе 0,35 мк использовались ртутные лазеры с длиной волны 0,365 мк, то в технологии 0,25 мк принимали участие лазеры на основе ультрафиолета хлорида криптона с длиной волны 0,248 мк. Сегодня эти показатели еще больше приблизились к показателям рентгеновского излучения.
Для техпроцессов следующего за 90-нм технологией поколения - 65 нм, 45 нм и 32 нм - возникает необходимость использования более совершенного литографического оборудования. Дело в том, что применяемые в настоящее время литографические аппараты, при переходе к более тонким технологическим нормам, вряд ли смогут обеспечить необходимую "жесткость" излучения и должный уровень разрешающей способности при формировании проекции маски-шаблона. Длина волн 248 нм или 193 нм, которые применяются в сканерах и степперах для производства микросхем с уровнем детализации 90 нм, недостаточна для перехода к более тонким нормам. Поэтому изготовители литографического оборудования и их заказчики находятся в поиске рационального решения. Им приходится выбирать между весьма дорогостоящими инструментами нового поколения с длиной волны 157 нм и альтернативными методиками.
Само по себе внедрение 157-нм литографии сопряжено с рядом трудностей, в частности, с отсутствием методики синтеза качественного фторида кальция, из которого изготавливается литографическая оптика нового поколения, а также с проблемой фоторезистов, теряющих чувствительность в указанном спектре длин волн.
Кроме того, как утверждают представители компании Intel, внедрение 157-нм литографии сопряжено с невозможностью найти разумный ценовой компромисс, поэтому сейчас рассматриваются альтернативные методики. В частности, инженеры компании Intel изучают возможность использования литографии с применением жесткого ультрафиолета (EUV-литографии), о которой заговорили давно. Источником света для установок данного типа служат компактные газоразрядные лампы, представляющие собой цилиндр диаметром 0,5 мм и длиной несколько мм. В них применяется плотная плазма с температурой 200000-300000 0К, полученная с помощью полого катода, питаемого током около 10000 А. Лампы такого типа способны излучать электромагнитные волны в крайнем ультрафиолетовом диапазоне - порядка 13,5 нм и импульсами длительностью 30 нс. Срок службы таких ламп составляет до 100 млн пульсаций, при неизменной длине волн, что вполне приемлемо с экономической точки зрения. Компания Intel является одним из сторонников литографии с применением жесткого ультрафиолета вместо 157-нм сканеров. В ее производственных планах использование данной технологии намечено на 2007 год. В то же время немецкая компания Infineon установила экспериментальное оборудование для получения световых волн EUV-спектра в своей лаборатории, для проведения исследований в области фоторезистов и других материалов, необходимых для литографии следующего поколения. А в Японии консорциум Extreme Ultraviolet Lithography System Development Association (EUVA) приступил к разработке первой EUV-установки. Появление рабочего прототипа системы ожидается в 2005 году. Интересно отметить, что в EUVA входят два известных производителя литографического оборудования - Canon и Nikon, давние конкуренты не только в области литографического оборудования. Обе компании будут заниматься совместной разработкой оптических систем для опытной EUV-установки, но несмотря на это, намерены выводить на рынок свои собственные конечные EUV-продукты. Впрочем, EUV-литография - не единственная альтернатива.
Сегодня все чаще обращают внимание на технологию импринт-литографии, которая во многом является развитием идеи EUV-литографии. В перспективе импринт-литография позволит применить наноскопическую печать на полимерах через маску масштаба 1:1 при использовании света в ультрафиолетовом диапазоне. Такие системы проецирования маски-шаблона значительно удешевят литографические системы, поскольку отпадает необходимость использования сложных и дорогих оптических систем, составляющих львиную долю современных литографических инструментов. В настоящее время для нанесения рисунка применяются маски масштаба 4:1, следовательно, для получения точной проекции рисунка маски требуется дорогостоящая оптика. Процесс нанесения рисунка на подложку до травления в импринт-литографии не зависит от качества применяемой оптики. Мономер, покрывающий поверхность кристалла, под действием ультрафиолетового излучения полимеризуется и застывает на поверхности. Он содержится в растворе и легко удаляется при необходимости, оставляя необходимый рисунок на поверхности подложки. При этом на формирование рисунка требуется всего несколько нанолитров вытравливающего реагента. В 1997 году импринт-литографическую технологию, позволяющую создавать рельефы с шириной каналов 10 нм, уже демонстрировали исследователи из Принстонского университета. Но из-за того, что при использовании данной технологии долгое время не удавалось выровнять слои полупроводника, о технологии на некоторое время забыли. Сейчас, когда специалисты компании Nanonex добились неплохих результатов выравнивания слоев при использовании обратного сканирующего туннельного микроскопа, о перспективах импринт-литографии заговорили вновь. Основное преимущество импринт-литографии перед аналогами - низкая себестоимость производства микропроцессоров - подкрепляется тем, что производительность полупроводниковой линии может достигнуть небывалых показателей, ведь для нанесения одного слоя требуется всего 20-30 с. Таким образом, за час может быть обработано до 3000 пластин.Кроме того, импринт-литография откроет новые горизонты для молекулярной электроники, позволив печатать интегральные схемы с точностью до нескольких молекул мономера.
