Американская компания Substrate разрабатывает инновационную систему рентгеновской литографии (XRL), использующую источники света на базе ускорителей частиц. По словам стартапа, её технология значительно превосходит современную EUV-литографию, которую применяют такие лидеры, как ASML, и позволит производить чипы с разрешением, сопоставимым с 2-нм техпроцессом, а в будущем — с ещё более мелкими структурами. При этом предполагается, что затраты на производство будут в десять раз ниже, чем у текущих методов, и технология может стать доступной для практического использования к 2030 году.
Работа технологии Substrate
В центре системы находится специально спроектированный ускоритель частиц, который разгоняет электроны почти до скорости света. Под воздействием магнитных полей эти электроны излучают мощные рентгеновские импульсы — “в миллиарды раз ярче солнечного света”. Лучи концентрируются с помощью серии зеркал с идеально гладкой поверхностью и проецируют изображение на кремниевую подложку, покрытую фоточувствительным материалом.
Теоретически такая система может функционировать без фотомасок — в режиме литографии прямой записи. Это подойдёт для исследовательских целей, хотя пока скорость недостаточна для серийного производства.
Использование рентгеновского излучения с длиной волны 1-10 нм (так называемые “мягкие рентгеновские лучи”) делает возможным создание крайне мелких структур. Однако это требует создания вакуума, сверхточных зеркал и новых фоточувствительных материалов, способных выдерживать мощное излучение.
Substrate представила изображение массива логических контактов с критическими размерами 12 нм и минимальным расстоянием между ними всего 13 нм. Для сравнения, современные EUV-сканеры с оптикой 0,33 NA могут печатать структуры размером 13-16 нм — это их максимальные возможности. Стартап также продемонстрировал образцы с высокой точностью линий и минимальной шероховатостью краев — менее 1 нм. Если эти данные верны, то XRL-технология Substrate может превзойти даже последние сканеры ASML NXE:3800E в качестве печати, оставив им лишь небольшое преимущество в точности наложения слоев (1,6 нм против 0,9 нм у ASML).
Таким образом, это решение может стать альтернативой дорогим многоэтапным EUV-процессам, которые в настоящее время используют для 3-нм и 2-нм техпроцессов в TSMC и Samsung.
Тем не менее, перед внедрением этой технологии стоит несколько вызовов. Главная трудность заключается в нехватке совместимости с существующим оборудованием. Substrate необходимо создать совершенно новую цепочку поставок — от фоторезистов до зеркал и масок, которых пока нет в массовом производстве. Более того, компании предстояло бы обеспечить стабильность луча, точность оптики, высокую производительность и отсутствие повреждений кремниевых пластин.
Substrate не намерена продавать свои XRL-системы другим компаниям. Вместо этого она планирует построить свои фабрики в США, установить необходимое оборудование и предоставлять услуги контрактного производства чипов. Однако создание даже одной такой фабрики требует десятков миллиардов долларов вложений и согласованной работы сотен поставщиков. Это делает проект сложным и дорогостоящим, даже если базовая технология действительно функционирует.
Таким образом, Substrate надеется революционизировать рынок полупроводников, предложив альтернативу голландской ASML и вернуть технологическое преимущество США. Если компании удастся реализовать рентгеновскую литографию в промышленном масштабе, это станет наиболее значительной переменой в индустрии чипов с появлением EUV. Но для этого потребуются годы исследований, огромные инвестиции и усердная работа для завоевания доверия рынка.
Источник: tomshardware
