Investigadores de la Universidad Johns Hopkins han revelado un nuevo enfoque para la fabricación de chips que utiliza láseres con una longitud de onda de 6,5 nm ~ 6,7 nm -, también conocidos como rayos X-suaves -, que podrían aumentar la resolución de las herramientas de litografía a 5 nm o menos, informa Cosmos, citando un artículo publicado en Nature.
Los científicos llaman a su método 'más allá de-EUV' -, lo que sugiere que su tecnología podría reemplazar la litografía EUV estándar -de la industria -, pero los investigadores admiten que actualmente faltan años para construir incluso una herramienta B-EUV experimental.
Los rayos X-suaves pueden desafiar a Hyper-NA. En papel
Los chips más avanzados hoy en día se fabrican utilizando litografía EUV, que opera a una longitud de onda de 13,5 nm y puede producir características tan pequeñas como 13 nm (EUV bajo-NA de 0,33 de apertura numérica), 8 nm (EUV alto-NA de 0,55 NA), o incluso 4 nm ~ 5 nm (Hyper-NA EUV en 0,7 – 0,75 NA) a costa de la extrema complejidad de los sistemas de litografía que cuentan con ópticas muy avanzadas que cuestan cientos de millones de dólares.
Al utilizar una longitud de onda más corta, los investigadores de la Universidad Johns Hopkins pueden obtener un aumento de resolución intrínseca incluso con lentes con NA moderada. Sin embargo, se enfrentan a muchos desafíos con B-EUV.
En primer lugar, las fuentes de luz B-EUV aún no están listas. Varios investigadores han probado múltiples métodos para generar radiación de longitud de onda de 6,7 nm (por ejemplo, plasma producido con láser de gadolinio-), pero no existe un enfoque estándar-en la industria. En segundo lugar, estas longitudes de onda más cortas - debido a su alta energía fotónica - interactúan mal con los materiales fotorresistentes tradicionales utilizados en la fabricación de chips. En tercer lugar, debido a que la luz de longitud de onda de 6,5 nm ~ 6,7 nm es absorbida en lugar de reflejada por casi todo, no se habían producido antes espejos con revestimiento multicapa-para este tipo de radiación.
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Tipo de litografía |
Longitud de onda |
Resolución alcanzable |
Energía de fotones |
Apertura numérica (NA) |
Notas |
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línea g-(pre-DUV) |
436 millas náuticas |
500 nanómetro |
2,84 eV |
0.3 |
Utiliza lámparas de vapor de mercurio; nodos heredados; baja resolución. |
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i-línea (antes-DUV) |
365 nanómetros |
350 nanómetro |
3,40 eV |
0.3 |
Utilizado para los primeros CMOS. |
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KrF DUV |
248 millas náuticas |
90 nanómetros |
5,00 eV |
0.7 - 1.0 |
Utilizado desde ~130 nm a 90 nm; fuente de láser excimer; todavía se usa en capas backend. |
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ARF DUV |
193 millas náuticas |
65 nm (seco) - 45 nm (inmersión + multipatrón) |
6,42 eV |
Hasta 1,35 (inmersión) |
DUV más avanzado; sigue siendo esencial en nodos multi-de 7 nm a 5 nm; Se utiliza para muchas capas en nodos de 2 nm. |
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EUV |
13,5 millas náuticas |
13 nm (nativo), 8 nm (multi-patrón) |
92 eV |
0.33 |
En producción en volumen para nodos de 5 nm - 2nm. Se utilizará en los años venideros. |
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Alto-NA EUV |
13,5 millas náuticas |
8 nm (nativo), 5 nm (extendido) |
92 eV |
0.55 |
Primeras herramientas: ASML EXE:5200B; objetivos más allá de los nodos de clase -de 2 nm; tamaño de campo reducido, mayor costo. |
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Hiper-NA EUV (futuro) |
13,5 millas náuticas |
4 nm o mejor (teórico) |
92 eV |
0,75 o más |
Tecnología del futuro; requiere espejos exóticos e ingeniería de ultra-alta precisión. |
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Rayos X-suaves/B-EUV |
6,5 nm - 6.7 nm |
menos de 5 nm (teórico) |
185-190 eV |
0.3 - 0.5 (esperado) |
Experimental; fotones de alta-energía; Nuevas químicas de resistencia metálica-orgánica bajo prueba. |
Finalmente, estas herramientas de litografía deben diseñarse desde cero y actualmente no existe un ecosistema que respalde los diseños con componentes y consumibles. En resumen, construir una máquina B-EUV (¿o una máquina de rayos X-blandos?) requiere avances en fuentes de luz, espejos de proyección, resistencias e incluso consumibles como películas o fotomáscaras.
Resolviendo desafíos uno a la vez
Investigadores de la Universidad Johns Hopkins, dirigidos por el profesor Michael Tsapatsis, exploraron cómo ciertos metales pueden mejorar la interacción entre la luz B-EUV (alrededor de 6 nm de longitud de onda) y los materiales resistentes utilizados en la fabricación de chips (es decir, no funcionaron en otros desafíos asociados con los rayos X-suaves).
El equipo descubrió que metales como el zinc son capaces de absorber luz B-EUV y emitir electrones, que luego desencadenan reacciones químicas en compuestos orgánicos llamados imidazoles. Estas reacciones permiten grabar patrones muy finos en obleas semiconductoras.
Curiosamente, si bien el zinc funciona mal con la luz EUV tradicional de 13,5 nm, se vuelve muy eficaz en longitudes de onda más cortas, lo que pone de relieve lo importante que es hacer coincidir el material con la longitud de onda correcta.
Para aplicar estos compuestos organometálicos a obleas de silicio, los investigadores desarrollaron una técnica llamada deposición química líquida (CLD). Este método crea capas delgadas, en forma de espejo-, de un material llamado aZIF (estructuras de imidazolato zeolítico amorfo), que crecen a una velocidad de 1 nm por segundo. CLD también permite realizar pruebas rápidas de diferentes combinaciones de metal e imidazol, lo que facilita el descubrimiento de las mejores combinaciones para diferentes longitudes de onda de litografía. Si bien el zinc es muy adecuado para B-EUV, el equipo observó que otros metales podrían funcionar mejor en diferentes longitudes de onda, ofreciendo flexibilidad para futuras tecnologías de fabricación de chips.
Este enfoque brinda a los fabricantes una caja de herramientas de al menos 10 elementos metálicos y cientos de ligandos orgánicos para crear resistencias personalizadas adaptadas a plataformas de litografía específicas, revelaron los investigadores.
Resumen
Aunque los investigadores no resolvieron todos los desafíos de B-EUV (por ejemplo, fuente de energía, máscaras), avanzaron en uno de los cuellos de botella más críticos: encontrar materiales resistentes que puedan funcionar con luz de longitud de onda de 6 nm. Crearon el proceso CLD para aplicar películas finas y uniformes de estructuras de imidazolato zeolítico amorfo (aZIF) sobre obleas de silicio. Demostraron experimentalmente que ciertos metales (como el zinc) pueden absorber la luz de rayos X-suaves y emitir electrones que desencadenan reacciones químicas en resistencias a base de imidazol-.
Hay muchos desafíos que resolver con B-EUV y la tecnología no tiene un camino claro hacia el mercado masivo. Sin embargo, el proceso CLD se puede utilizar ampliamente, tanto en aplicaciones de semiconductores como de no semiconductores.
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