211service.com
Zelfassemblage toont belofte voor uitbreiding van de wet van Moore
Het zijn uitdagende tijden voor computerchipingenieurs. Een technologie waarop de industrie heeft gerekend om de kleine kenmerken van de volgende generaties chips te etsen, is nog steeds niet klaar.
Bekend als extreme ultraviolette lithografie of EUV, loopt de technologie jaren achter op schema. Hoewel de aanpak werkt, ontbreken UV-lichtbronnen die krachtig genoeg zijn om chips snel genoeg te etsen voor massaproductie. In 2012 investeerde Intel $ 4 miljard in het Nederlandse bedrijf ASML, een leverancier van productieapparatuur, om het werk aan het perfectioneren van de techniek te ondersteunen (zie The Moore's Law Moon Shot). Toonaangevende chipmakers Samsung en TSMC hebben sindsdien elk $ 375 miljoen van hun eigen middelen toegevoegd aan ASML's onderzoeksinspanningen, maar er is nog steeds geen indicatie wanneer EUV klaar zou kunnen zijn.
Een radicaal alternatief voor conventionele lithografie lijkt nu steeds levensvatbaarder. Dit staat bekend als gerichte zelfassemblage en omvat het gebruik van oplossingen van verbindingen die bekend staan als blokcopolymeren die zichzelf assembleren tot reguliere structuren. Blokcopolymeren zijn opgebouwd uit verschillende eenheden (de blokken) die liever gescheiden zijn, zoals olie en water; alleen gelaten, produceren deze verbindingen typisch wervelende, vingerafdrukachtige patronen. Maar als ze worden geleid door een voorpatroon van chemische geleiders gemaakt met conventionele lithografie, produceren de blokcopolymeren lijnen en andere regelmatige patronen. Cruciaal is dat die definitieve patronen veel kleinere details kunnen hebben dan die van het voorpatroon. Een definitief patroon dat op deze manier is gemaakt, kan vervolgens worden gebruikt als sjabloon voor de chemische processen die kenmerken in een siliciumwafel etsen - hetzelfde proces dat het eindpunt is van conventionele lithografie.
An Steegen, senior vice-president voor ontwikkeling van procestechnologie bij IMEC , een onderzoekscentrum voor micro-elektronica in Leuven, België, zei tijdens de Semicon West halfgeleiderindustrieconferentie in San Francisco op woensdag dat zelfassemblage in staat lijkt om de levensduur van bestaande lithografie te verlengen, als alternatief voor het overschakelen naar EUV. IMEC kan nu transistorachtige structuren modelleren met een ontwerp dat lijkt op dat van Intel's nieuwste chips en functies zo klein als 14 nanometer, zei ze. We wachten allemaal wanhopig tot EUV klaar is, maar er zijn alternatieven, zei ze.
IMEC installeerde in 2012 's werelds eerste productielijn die zelfassemblage kan gebruiken in zijn proeffabriek. Het werk daar was gericht op het verminderen van fouten in zelf-geassembleerde constructies door verbeterde materialen en betere pre-patroonontwerpen. Steegen schat dat de technologie ergens rond 2017 klaar zou kunnen zijn voor massaproductie. Die generatie transistoren zou eigenschappen moeten hebben die zo klein zijn als zeven nanometer. De kleinste transistors die tegenwoordig in commerciële productie worden geproduceerd, hebben eigenschappen zo klein als 14 nanometer.
State University of New York exploiteert ook een proefproductielijn die in staat is tot zelfassemblage in het Center for Nanoscale Engineering in Albany. Christopher Borst, universitair hoofddocent nano-engineering, rapporteerde bij Semicon dat het nu op betrouwbare wijze arrays van herhalende lijnen en vinachtige structuren kan creëren zo klein als 18 nanometer. We hebben een aantal zeer indrukwekkende structuren ontwikkeld die hun weg zouden kunnen vinden in apparaatprocessen, zei Borst. De basiscapaciteit wordt getoond voor materialen en maakbaarheid.
Zelfmontage is echter nog steeds niet volledig compatibel met massaproductie. Onopgeloste problemen zijn onder meer het vinden van manieren om de zuiverheid van zelf-geassembleerde materialen te garanderen om defecten te minimaliseren, zegt Steegen. De industrie zal ook tools moeten ontwikkelen om chipontwerpers te helpen bij het uitwerken van de leidende patronen die nodig zijn om een zelfassemblagemengsel te creëren om het gewenste definitieve ontwerp te creëren.