Исследовательская группа из Инженерной школы Кокрелла Техасского университета в Остине разработала настольную установку для экстремальной ультрафиолетовой (EUV) литографии. В сочетании с технологией объемной трехмерной литографии им удалось сократить процесс обработки трехмерных наноструктур полупроводников, который ранее мог занимать несколько дней, до экспозиции в несколько минут. Эта разработка ориентирована на этап исследований и разработок в области полупроводников и направлена на снижение порога для проведения передовых литографических экспериментов, позволяя большему числу университетов, лабораторий и материаловедческих групп проводить исследования, связанные с производством чипов.
Экстремальная ультрафиолетовая литография долгое время была одним из самых технически сложных и дорогостоящих этапов в производстве передовых чипов. Промышленные EUV-литографы обычно имеют огромные размеры и сложные системы, требующие совместной работы зеркальной оптики, оловянного плазменного источника света, фотошаблонов, вакуумной среды и высокоточных систем управления. Стоимость одного такого устройства часто достигает сотен миллионов долларов, и лишь ограниченное число компаний может позволить себе коммерческое производство. Команда из Техасского университета в Остине выбрала иной путь: вместо прямого копирования производственного оборудования для фабрик они упростили традиционную EUV-литографическую систему до основных компонентов, создав настольную установку, более подходящую для научных исследований. Сопутствующий метод объемной трехмерной литографии изменил темп послойной обработки трехмерных нанографических структур: при традиционной коммерческой EUV-литографии для создания трехмерных наноструктур требуется последовательное нанесение слоев в двумерном формате. Хотя сама экспозиция может быть недолгой, предварительная и последующая обработка, выравнивание и многослойное производство значительно удлиняют общий цикл. Новый метод обрабатывает несколько «слоев» одновременно параллельным способом, что заметно сокращает экспериментальный цикл создания трехмерных нанографических структур. Для исследований новых фоторезистов, структур памяти, фотонных устройств и полупроводниковых материалов такое ускорение напрямую влияет на эффективность итераций экспериментов и способствует распространению возможностей EUV-литографии, которые ранее были сосредоточены в нескольких крупных учреждениях, на большее число научных групп.
Результаты исследования были опубликованы в журнале «Nano Letters» под названием «Three-Dimensional Nanopatterning Using Extreme Ultraviolet Colloidal Talbot Lithography». Проект также связан с программой «Future Semiconductors» Национального научного фонда США. Исследовательская группа уже протестировала EUV-материалы, разработанные в сотрудничестве с Техасским университетом в Далласе и Университетом Джонса Хопкинса.
Ценность этой разработки сосредоточена в сфере полупроводниковых НИОКР, а не в немедленной замене производственного оборудования фабрик. На данном этапе этот процесс в основном применим для литографии периодических структур, что наиболее актуально для экспериментов с чипами памяти, фотонными устройствами и наноматериалами. Для перехода к более сложным логическим структурам чипов потребуется повышение сложности рисунка, скорости записи, диапазона совместимости материалов и однородности обработки. Тем не менее, настольная EUV-установка открывает важный путь: исследователи могут тестировать EUV-материалы, трехмерные нанографические структуры и новые типы устройств с меньшими затратами и в более короткие сроки, уменьшая зависимость от нескольких крупных литографических объектов. По мере того, как чипы для искусственного интеллекта, высокопропускная память, кремниевая фотоника, квантовые вычисления и передовая упаковка предъявляют все больше требований к микро- и наноструктурам, инструменты для быстрого изготовления и проверки трехмерных нанографических структур станут важной инфраструктурой в полупроводниковых НИОКР и синтезе новых материалов. Исследовательская группа также отмечает, что помимо производства чипов, возможности литографии трехмерных наноструктур могут быть применены в таких областях, как наномедицина, квантовые вычисления и синтез новых материалов, что указывает на то, что потенциальные границы применения таких устройств выходят за рамки традиционного производства интегральных схем.
Дальнейшие перемены будут сосредоточены на расширении области применения процесса и возможностях его масштабирования. Если настольная EUV-литография должна перейти от научного инструмента к более широкому применению, необходимо решить проблемы, связанные с записью сложных рисунков, расширением спектра материалов, стабильностью оборудования и точностью повторяемой обработки. Для полупроводниковой промышленности эта технология скорее представляет собой «спуск» инструмента для передовых НИОКР, а не замену производственного литографического оборудования. Ее практическое значение заключается в сокращении экспериментальных циклов, снижении затрат на пробные ошибки и открытии большего числа возможностей для исследований в области EUV-литографии и трехмерных нанографических структур.