Литография — основа производства современных микросхем. Но в реальном производстве имеется нюанс: оно упирается не только в технологии, но и в экспортные ограничения. Следовательно, некоторые компании ищут способы переноса рисунка на кремниевые пластины без использования привычных DUV- и EUV-машин или хотя бы с меньшей зависимостью от них.
Китайский стартап Prinano недавно показал свое решение. Компания сообщила о выпуске фотонных чипов на 8-дюймовых кремниевых пластинах без применения DUV-литографии. Вместо нее использовалась собственная наноимпринтная установка, работающая по другому принципу.
Как все это работает
Prinano построила систему PL-AS вокруг вакуумной воздушной подушки. Давление распределяется по всей пластине так, что отклонения не превышают 0,5%. Благодаря этому форма прижимается равномерно в каждой точке, и рисунок переносится без заметных перекосов. Процесс идет сразу по всей пластине, а не по частям, как в последовательных установках.
Разрешение достигает значений ниже 10 нм по ширине линий. Для этого используют специально подобранные двухслойные материалы и свои приемы обработки. После отделения формы на пластине почти не остается лишнего слоя резиста, а толщина того, что остается, меняется меньше, чем на 2 нм. Точность совмещения слоев можно довести до уровня менее 100 нм.
Кварцевая форма с нужным рельефом просто прижимается к слою резиста на пластине. Это принципиально другой путь, если сравнивать с более привычным DUV, где изображение проецируется светом, а потом часто требуется несколько проходов для получения мелких деталей. Здесь обходятся без этих этапов.
Еще в прошлом году Prinano поставила первую промышленную систему серии PL-SR. Она тоже работает по принципу наноимпринта, но использует струйное нанесение резиста и последовательный перенос рисунка по отдельным участкам пластины. Система уже тестировалась при производстве памяти, кремниевых микродисплеев и фотонных компонентов. Полученный опыт компания использовала при разработке новой установки PL-AS.
По оценкам компании, такой подход выходит заметно дешевле привычных DUV-процессов — примерно в 10 раз для похожих задач. Однако если к этому моменту вы прониклись некоторым скепсисом, то это не зря. Просто пока нет открытых данных по выходу годных пластин и плотности дефектов на больших партиях.
Снижаем цены на выделенные серверы в реальном времени
Успейте арендовать со скидкой до 35%, пока лот не ушел другому.
Почему китайцы начали именно с фотонных чипов
Фотонные интегральные схемы работают со светом, а не с электрическими сигналами. В них часто встречаются волноводы, решетки и кольцевые резонаторы — структуры, которые повторяются или имеют регулярный рисунок. Наноимпринт хорошо справляется именно с такими элементами: форма переносит весь рельеф за один прижим, и не нужно каждый раз заново проецировать сложное изображение.
Для фотоники требования к точному совмещению слоев обычно мягче, чем в сложной логике. В отличие от современных процессоров, где ошибка даже в несколько нанометров способна привести к браку, многие фотонные структуры сохраняют работоспособность при небольших отклонениях размеров и взаимного расположения элементов. Поэтому именно фотоника нередко становится одним из первых направлений для внедрения новых производственных технологий.
8-дюймовые пластины здесь до сих пор широко используются, особенно для компонентов оптической связи, различных датчиков и интегрированных фотонных схем. Демонстрация работы на пластине полного диаметра показывает, что технология уже вышла за рамки отдельных лабораторных экспериментов. Это также говорит о том, что разработчикам удалось добиться достаточно равномерного формирования структур по всей поверхности пластины. Так что можно надеяться, что серийное производство уже не за горами.
Метод меньше зависит от идеальной плоскостности подложки по сравнению с жесткой оптической проекцией. Он также позволяет работать с разными материалами без лишних ограничений. В фотонике часто приходится сочетать кремний с другими веществами или пассивными оптическими слоями, и здесь эта гибкость оказывается полезной.
Что дальше
Вероятно, наноимпринт — это пока, скорее, про оптическую связь, датчики, лидары и прочее, но точно не про топовые CPU и GPU. Несмотря на имеющиеся преимущества, технология обладает и ограничениями. Например, совмещение слоев в наноимпринте обычно уступает технологии EUV. При физическом контакте формы с резистом выше вероятность попадания частиц и износа самой формы, поскольку ее ресурс ограничен. Собственно, в этом-то и проявляется ограничение: современные процессоры и ускорители содержат десятки миллиардов транзисторов и требуют многократного совмещения большого числа слоев с предельно высокой точностью. Даже небольшие отклонения могут снизить выход годных кристаллов или ухудшить характеристики готовых изделий.
Но вернемся к датчикам и лидарам. Если наноимпринт позволяет выпускать такие компоненты дешевле и без использования сложного литографического оборудования, он уже способна найти практическое применение.
А чтобы понять, насколько технология готова к широкому использованию, нужны цифры по выходу годных изделий и стабильности процесса на сериях. Пока компания приводит только результаты своей валидации. Следующие шаги, скорее всего, будут связаны с увеличением объемов производства и проверкой на разных материалах резистов и форм.
В целом китайские разработчики развивают сразу несколько путей: улучшают работу с уже имеющимися DUV-машинами через мультипаттернинг, продвигают собственные EUV-прототипы и пробуют альтернативные методы формирования рисунка. Наноимпринт занимает свою нишу именно там, где он даёт ощутимое преимущество по стоимости и простоте для конкретных задач. Посмотрим, насколько хорошо он себя покажет в ближайшем обозримом будущем.