211service.com
Litografi avmaskerad
Eftersom konsumenter kommer att förvänta sig att allt från mobiltelefoner till gosedjur kommer att fylla betydande datorkraft, är tillverkare under press att ta fram allt snabbare och billigare mikrochips. Men att tillverka datorchips med fotolitografi - standardtillverkningstekniken - är oerhört dyrt. En betydande del av den kostnaden är de stencilliknande maskerna som filtrerar ljusstrålen som används för att mönstra miljontals transistorer på ett chip. Faktum är att tillverkningen av ett enda kiselchip kan kräva så många som 30 masker som kostar mer än en miljon dollar – och när transistorerna på ett chip fortsätter att krympa, ökar kostnaden för maskerna bara.
Det är därför inte konstigt att forskare tävlar om att utveckla sätt att helt göra sig av med masker. En av de mest lovande ansträngningarna, ledd av Henry Smith, chef för MIT:s NanoStructures Laboratory, använder en rad små speglar, var och en bara 16 mikrometer tvärs över, för att rikta ljus genom mikroskopiska linser; varje lins fokuserar en ljusstråle till en punkt på kiselskivan, och ju kraftfullare linsen är, desto mindre blir fläcken. Genom att luta individuella speglar fram och tillbaka kan en dator slå på och stänga av enskilda strålar när hela installationen skannar över skivan. Med så många som en miljon speglar skulle systemet kunna skapa samma komplexa mönster på kiselchippet som normalt skulle kräva en serie masker.
Den här historien var en del av vårt septembernummer 2001
- Se resten av frågan
- Prenumerera
Hittills har Smiths grupp använt systemet för att mönstra chipfunktioner 350 nanometer breda - 40 procent bredare än de på dagens bästa chips. Men datorsimuleringar förutspår att MIT-tekniken kan generera funktioner som är så små eller till och med mindre än de som erhålls med konventionell litografi genom att byta till kortare ljusvåglängder.
Vid University of California, Berkeley, tar en grupp under ledning av elektriker William Oldham ett liknande tillvägagångssätt; men där MIT-gruppen har fokuserat på att öka linsernas kraft för att göra mindre funktioner, minskar Berkeley-forskarna storleken på speglarna. Utan att öka styrkan hos linserna behöver du mindre speglar för att få mindre mönster, säger Yashesh Shroff, doktorand i Oldhams labb.
För närvarande tillverkar Oldhams team speglar som bara mäter en mikrometer i diameter. Ingen har någonsin gjort så små speglar tidigare, säger Shroff. Inom fem år, tillägger han, hoppas forskarna ha ett komplett system som kan etsa funktioner som är 50 nanometer breda eller mindre till kiselchips.
Masklösa tekniker kan ge chipdesigners oöverträffad flexibilitet. Om du vill testa en design om dagen har du inte råd att bygga ett maskuppsättning för miljoner dollar om dagen, säger Dan Herr, chef för material- och processvetenskaplig forskning vid det industristödda Semiconductor Research Corporation i Research Triangle Park, NC. Med mikrospeglar, å andra sidan, kan en designer helt enkelt programmera om arrayen. Och tekniken kan göra tillverkningen av skräddarsydda chips för saker som att syntetisera tal i leksaker eller spela MP3-filer i handdatorer - chips tillverkade i mycket mindre kvantiteter än till exempel Pentium-processorer - mycket mer kostnadseffektivt. Säg att jag vill göra ett chip för en talande nalle, men jag räknar bara med att sälja 2 000 av dem, säger ingenjören David Carter, medlem i MIT-gruppen. Nu, med maskkostnader på en miljon dollar, vem kommer att betala $500 för en nalle?
Större flexibilitet och lägre kostnader kan också vara en välsignelse för andra industrier som strävar efter nya tillämpningar av litografi. Smith, till exempel, tror att hans teknologi kommer att vara väl lämpad för att mönstra kamrarna och kanalerna som hjälper till att bearbeta biologiska prover i mikrofluidchip, som kan användas för läkemedelsupptäckt eller i handhållna diagnostiska enheter.
Observatörer föreslår att MIT-teamet är närmast en produkt som skulle ersätta masker; forskarna hoppas kunna ha en kommersiell spegel-och-linsenhet för chipprototyping på marknaden om ett eller två år. Ändå lägger spåntillverkarna också märke till litografiinsatserna vid Berkeley, Stanford University och University of Texas i Austin. Fram till för ungefär två år sedan sågs all denna masklösa teknik som väldigt blå himmel, säger Herr. Men framsteg inom datorprogramvara såväl som teknologier för att tillverka saker som mikrospeglar, i kombination med de ökande kostnaderna för befintliga produktionsmetoder, skulle kunna föra masklös litografi ut ur labbet och in i tillverkningsanläggningar inom fyra till fem år, säger Herr.
Om och när det händer kommer det att minska ytterligare en barriär för datorinnovation.