Skapa nano-funktioner på datorkakor med hjälp av nanolitografi - dummies

Halvledarindustrin har varit i nanoteknikbranschen i åratal. De använder verktyg och processer för att etsera nanostorlek mönster på kiselplattor belagda med ett material som kallas fotoresist. Dessa mönster utgör kretsarna på chipet som gör det möjligt för din dator att bearbeta data. Processen som används för att skapa dessa mönster kallas nanolitografi .

De integrerade kretsarna som är hjärnorna på din dator innefattar strukturer i nanostorlek. För att skapa nanostorlek för integrerade kretsar på kiselplattor krävs en maskin som kallas en stepper, som använder en teknik som kallas litografi för att skriva ut ett mönster på chippet. Mikroprocessorer med en 32-nanometer-funktionstorlek gjord med en nanolitografiprocess har så många som 995 miljoner transistorer packade på ett datorkrets.

De optiska delarna av en stepper som används vid nanolitografi.

I en stepper lyser ljuset genom en reticle eller fotomask som innehåller det mönster som ska skrivas ut och en lins fokuserar mönstret på fotoresistbeläggningen på en halvledarplatta. Skivan skiftas eller trängs sedan, så att en oexponerad region av fotoresist rör sig under det optiska systemet och exponerar den regionen med UV-ljus. Denna stegning fortsätter tills mönstret upprepas över hela skivan.

Litografi liknar filmfotografering, där ett mönster är exponerat på fotoresist och fotoresisten utvecklas med fotokemikalier. Utvecklingsprocessen tvättar i båda fallen den oexponerade fotoresisten och lämnar resist i det önskade mönstret på skivans yta. Ett etsningssystem tar bort kisel och andra lager som inte täcks av fotoresistens mönster.

Tillverkare fortsätter att komma fram till tekniker för att minska den minsta funktionstorlek de kan skriva ut. Den metod som för närvarande används av de flesta högvolym integrerade kretsproducenter kallas 193 nm nedsänkningslithografi. 193 nm avser våglängden för ultraviolett ljus som alstras av en laser som används för att exponera resisten, och nedsänkning hänvisar till det faktum att du sänker linsen i en vattenpöl.

Luft mellan linsen och fotoresist orsakar ljus att böja något på grund av skillnader i brytningsindex mellan luft och linsen. Indexet för brytning för vatten är dock närmare linsens, så ljuset böjer mindre och stegaren kan skriva ut ett finare mönster.

Vid tillverkning av integrerade kretsar kan du exponera flera olika mönster på en skiva och varje av dessa mönster definierar ett visst skikt eller en typ av material.

Ett lager kan till exempel definiera metalllinjerna som kopplar samman olika komponenter i kretsen, medan ett annat lager kan definiera transistorens grind i kretsen. (Transistorns grind är den region som tillåter att en ansluten spänning sätter på eller stänger av transistorn och är den minsta regionen som ska mönstras i den integrerade kretsen.)

För närvarande arbetar tillverkare med stegrar som använder 193 nm nedsänkning litografi för att producera integrerade kretsar med en 32 nm minsta särdragsstorlek.

Även om 193 nm nedsänkningssystemet blir mindre ineffektivt eftersom funktionstorleken minskas måste tillverkarna använda systemet tills nästa generationssystem är tillgängligt. Den nästa förbättringen av stepprar och litografi kommer att vara ett system som använder ultraviolett ljus med en 13,5 nm våglängd. Detta system kallas extremt ultraviolett eller EUV, eftersom det använder ultraviolett ljus med en så extremt kort våglängd.

Extreme ultraviolet nanolithography system använder inte nedsänkningstekniker. Istället är ljusbanan och skivorna som behandlas i ett vakuum eftersom luft eller vatten skulle blockera EUV-strålen.