Будущее производства микросхем

С целью уменьшения размеров транзисторов на микросхеме, производители перешли от фотолитографии к использованию пучка электронов. Однако стандартная электронная литография намного медленнее, чем оптическая. Увеличение же скорости создает проблемы с разрешением. Так, наименьшее разрешение, полученное с помощью электронной литографии, составило 25 нм, не намного лучше 32 нм, которое показала экспериментальная фотолитографическая система, продемонстрированная некоторыми производителями.

Ученые из Исследовательской лаборатории электроники МТИ представили способ, который позволяет получить разрешение вплоть до 9 нм с помощью высокоскоростного электронного луча. В комбинации с другими появляющимися технологиями он может указать путь для практического использования электронной литографии в производстве массовой продукции.

Все виды литографии используют одинаковый подход. Материалы, которые составляют чип, осаждаются послойно. Всякий раз, когда создается новый слой, он покрывается (фото)резистом, который затем облучается либо светом, либо пучком электронов в точно предопределенных местах. Незасвеченный резист и материал под ним затем вытравливается, а засвеченный остается.

Основная разница между фото- и электронной литографией заключается в фазе экспозиции. В фотолитографии поверхность облучается вся полностью через маску, тогда как электронный луч сканирует поверхность резиста ряд за рядом, что и влечет замедление процесса.

Один из способов его ускорить – использовать множество электронных лучей за один проход. Но тогда возникает проблема, как долго луч должен оставаться направленным на каждую точку поверхности резиста. Эту проблему и решили исследователи из МТИ.

Чем меньше электронов используется для экспозиции точки на резисте, тем быстрее можно перемещать луч. Но уменьшение количества электронов ведет к уменьшению энергии пучка, а низкоэнергетические электроны имеют тенденцию рассеиваться больше, чем высокоэнергетические. Чтобы уменьшить рассеяние, обычно используют лучи с высокой энергией, но это требует резиста, который выдерживает большие дозы электронов. Для повышения разрешения при использовании высокоэнергетических электронных лучей ученые применили два «трюка». Первый заключался в применении более тонкого слоя резиста, чтобы минимизировать рассеяние электронов, а второй – в использовании обыкновенной столовой соли для разработки резиста, затвердевающего только в областях, которые получили несколько больше электронов, чем другие. В целом, это привело к снижению количества электронов, необходимых для экспозиции точки и позволило ученым в Нидерландах построить литографическую систему со 110 параллельными электронными лучами.

Исследователи уверены, что производители чипов будут использовать в точности тот резист, который был разработан в МТИ.

 
Витор Манфринато (Vitor Manfrinato) и Линь Ли Чеон (Lin Lee Cheong) у электроннолучевой литографической системы, используемой в экспериментах

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365