Zichtbaar licht ingezet voor chipproductie

Onderzoekers hebben een methode ontwikkeld om zichtbaar licht te gebruiken voor de productie van computerchips. Met deze methode zouden dure en ingewikkelde technieken die van ultraviolet licht gebruikmaken niet meer nodig zijn.

Om steeds kleinere transistors op chips te kunnen bouwen, beschikken chipproducenten over machines die elektromagnetische straling met steeds kleinere golflengtes gebruiken. Tot resoluties van ongeveer 500nm werd nog zichtbaar, paars licht met een golflengte van ongeveer 400nm gebruikt. De verdere verkleining vergde kortere golflengtes, waardoor het gebruikte licht naar ultraviolet verschoof. Tegenwoordig wordt extreem ultraviolet licht van 193nm het meest gebruikt, maar dat is duur om op te wekken en lastig om mee te werken. Onderzoekers denken echter een lithografische methode te kunnen ontwikkelen die weer gebruikmaakt van zichtbaar licht.

Het gebruik van zichtbaar licht betekent geen stap terug in de resolutie van chipstructuren. De onderzoeksgroep van John Fourkas van de universiteit van Maryland denkt een vergelijkbare of zelfs betere resolutie te halen dan met extreem ultraviolet licht. De onderzoekers noemen hun fotolithografische techniek 'Rapid lithography'. Door middel van lasers kan een zogeheten photoinitiator worden in- of uitgeschakeld. De groep van Fourkas ontwikkelde drie groepen moleculen die op deze manier als lithografische fotoresist kunnen dienen. De lichtgevoelige stoffen bleken met lasers zeer snel uitgeschakeld te kunnen worden, wat een hoge mate van controle over de belichte structuren op een wafer geeft. Dat moet overbelichting en dus ongewenste defecten op de fotoresistlaag voorkomen.

Voorlopig is de techniek echter nog niet voor waferproductie te gebruiken; de onderzoekers gebruiken de lithografische techniek voor onderzoek. Het zou nog zeker tien jaar duren voordat de techniek commercieel inzetbaar is.

Reacties (43)

[endemion]

Kan iemand in Jip en Janneke taal uitleggen wat er hier nu eigenlijk wordt gezegd? Waar dat licht nu überhaupt komt kijken bij de productie van transistors? En als men tegenwoordig chips in consumenten elektronica op basis van 32nm produceert hoe past die 193nm dan in het verhaal?

[robvanwijk]

Het hele verhaal is nogal lang, hier is de hele korte samenvatting. Zou je genoeg aanknopingspunten moeten geven om zelf even verder te Googlen als iets nog niet helemaal duidelijk is.
Een chip bestaat uit laagjes. Eerst de (silicium) ondergrond, ookwel wafer genaamd, daarboven de transistoren en daarboven een aantal lagen "draadjes" (de metal layers, zijn er al snel een stuk of vijf; een bovengrens zou ik je niet kunnen geven). Daartussen zitten elke keer ook nog isolatielagen.
Om elk van die laagjes te maken zijn een aantal stappen nodig:

• Je brengt een laag lichtgevoelig materiaal aan (de photo resist) op de hele wafer
• Je beeldt een patroon af op die photo resist. Daardoor treedt een chemische verandering op in de photo resist; op de belichte plekken is die nu niet meer oplosbaar in een bepaald oplosmiddel
• Je wast de hele wafer met dat oplosmiddel. Op de niet-belichte plekken zal de photo resist wegspoelen, op de plekken die wel belicht zijn blijft ie netjes zitten.
• Nu heb je het lijntjespatroon dat je nodig hebt op je wafer staan. Het kost nog een paar stappen om alle goede materialen op de goede plek te krijgen en de rest van de photo resist er daarna ook af te krijgen (die zit anders in de weg voor het maken van de volgende laag), maar dat is hier even niet relevant

Waar het nu uiteindelijk om gaat is die belichting. Daar teken je de lijntjes die uiteindelijk op je chip moeten komen. Door de wetten van de natuurkunde (vraag me alsjeblieft niet om die details; daar ben ik een beetje roestig in) kun je met licht van een golflengte van x nm details schrijven met een nauwkeurigheid van maximaal x/2 (of 2x, dat vergeet ik altijd) nm. Oftewel, als je (zoals we vandaag de dag doen) chips wilt produceren met een feature size ("kleinste details") van 32 nm, dan heb je niks aan licht met een golflengte van 193 nm. Tenminste, dat dacht ik toen ik vanochtend wakker werd; nu hebben ze dus kennelijk een methode bedacht waardoor dat wel kan.

[Rmg]

Tegenwoordig wordt extreem ultraviolet licht van 193nm het meest gebruikt, maar dat is duur om op te wekken en lastig om mee te werken.

Afaik ASML is die machine nu aan het bouwen ze hebben een werkende versie maar die stampt er nog niet op de gewenste snelheid wafers uit. ook zijn ze nog steeds veel problemen aan het oplossen met vacuum, de lenzen/spiegels en de koeling Hoewel ze iets werkendhebben dacht ik dat de huidige chips nog met de 400nm technieken gemaakt worden

[Reactie gewijzigd door Rmg op 25 juli 2024 23:08]

[JvS]

die 193nm lichtbronnen zijn al een hele tijd gebruikelijk in lithografiemachines. Wat als "Extreme UV" doorgaat, is 'licht' met een golflengte van 10-20nm (eigenlijk eerder rontgenstraling dan UV).

ASML verscheept in 2010 en 2011 enkel 'NXE' prototypen, die hebben niet zo'n hele hoge doorvoer. In 2012 wordt het doorontwikkelde systeem verscheept dat wel op hoog productieniveau mee kan draaien.

[Stoney3K]

die 193nm lichtbronnen zijn al een hele tijd gebruikelijk in lithografiemachines. Wat als "Extreme UV" doorgaat, is 'licht' met een golflengte van 10-20nm (eigenlijk eerder rontgenstraling dan UV).

Dat is dan ook de grootste drijfveer achter zichtbaar licht gebruiken. Als je EUV of soft X-ray door zou zetten voor lithografie, dan komen er weer een hoop andere dingen bij kijken. Röntgenstralen gaan nu eenmaal door meer dingen heen dan zichtbaar licht, en ik denk dat ASML er niet naar uitkijkt om al zijn machines binnenkort met een ton aan lood-shielding te moeten leveren.

Bovendien is het in principe, als er röntgenstralen worden opgewekt, een radiologisch apparaat omdat het ioniserende straling uit kan zenden. Dat betekent ook het nodige papierwerk bij onder andere de IAEA (International Atomic Energy Agency). En om dat nu voor élke chip-machine te moeten doen die ze bij Intel leveren wordt een beetje onpraktisch.

[Aham brahmasmi]

[...]

Dat is dan ook de grootste drijfveer achter zichtbaar licht gebruiken. Als je EUV of soft X-ray door zou zetten voor lithografie, dan komen er weer een hoop andere dingen bij kijken. Röntgenstralen gaan nu eenmaal door meer dingen heen dan zichtbaar licht, en ik denk dat ASML er niet naar uitkijkt om al zijn machines binnenkort met een ton aan lood-shielding te moeten leveren.

Bovendien is het in principe, als er röntgenstralen worden opgewekt, een radiologisch apparaat omdat het ioniserende straling uit kan zenden. Dat betekent ook het nodige papierwerk bij onder andere de IAEA (International Atomic Energy Agency). En om dat nu voor élke chip-machine te moeten doen die ze bij Intel leveren wordt een beetje onpraktisch.

EUV (10-20nm) kun je beschouwen als ioniserende straling en het grenst dan ook aan zachte röntgenstraling. Volgens mij wordt dit ook gebruikt bij de NXE prototypes van ASML die waarschijnlijk al bij Samsung worden gebruikt.

EUV heeft trouwens het nadeel dat het juist slecht door glas gaat, waardoor er spiegels nodig zijn om het te focussen. Het is pas echt harde röntgen dat door dingen heen gaat.

[robvanwijk]

Als je EUV of soft X-ray door zou zetten voor lithografie, dan komen er weer een hoop andere dingen bij kijken. Röntgenstralen gaan nu eenmaal door meer dingen heen dan zichtbaar licht, en ik denk dat ASML er niet naar uitkijkt om al zijn machines binnenkort met een ton aan lood-shielding te moeten leveren.

Valt reuze mee; die machines gebruiken spiegels omdat de straling (of je dat nu EUV of Röntgen wilt noemen) niet door spiegels heen komt zonder geabsorbeerd te worden. Vervolgens wordt alles ook nog een keer vacuüm gepompt omdat de straling binnen (IIRC) enkele tientallen centimeters zelfs door lucht nagenoeg volledig wordt geabsorbeerd. Dus ja, er komt een boel bij kijken, maar geen loden schorten.

Bovendien is het in principe, als er röntgenstralen worden opgewekt, een radiologisch apparaat omdat het ioniserende straling uit kan zenden. Dat betekent ook het nodige papierwerk bij onder andere de IAEA (International Atomic Energy Agency). En om dat nu voor élke chip-machine te moeten doen die ze bij Intel leveren wordt een beetje onpraktisch.

Ik heb geen getallen bij de hand, maar ik vermoed dat er wereldwijd aanzienlijk minder lithografiemachines staan dan Röntgen-apparatuur (die staat zelfs bij orthodontisten!). Bovendien (vanwege die orthodontisten) kan ik me niet voorstellen dat je voor elke plaatsing bij de IAEA langs moet. Als die er al iets mee te maken hebben zal het eerder via een typegoedkeuring gaan.

[Katanatje]

Zoals JvS zegt, EUV is niet 193 nm (wat in het artikel gezegd wordt). ASML gebruikt 32 nm voor EUV, niet? Misschien aanpassen in het artikel?

[_the_crow_]

Ik geloof dat ze zelfs een golflengte van 15nm gebruiken. Best indrukwekkend.

[Verwijderd]

zouden de gevallen kanker in die lithografische centra veel hoger zijn als gemiddeld?
das bijna gamma straling

[Japperrrr]

Denk toch eerlijk gezegd dat ze binnen die tien jaar wel wat beters hebben verzonnen

[Sten Vollebregt]

Om eerlijk te zijn denk ik ook dat deze vinding een beetje aan de late kant is. Het klinkt alsof ze met lasers een patroon in de laklaag willen schrijven. Leuk idee, maar bijvoorbeeld Mapper is bezig met een vergelijkbaar systeem maar dan met elektronenbundels die ook elk patroon kunnen schrijven zonder dat daarvoor maskers nodig zijn.

In tien jaar kan nog hele veel gebeuren, mogelijk wordt een totaal andere manier van lithografie toegepast tegen die tijd om de kleine feature sizes the behalen. Of wordt bottom-up opbouwen volledig mogelijk, waardoor het aanbrengen van patronen wellicht niet meer mogelijk is.

Daarnaast zijn de huidige technieken goed doorontwikkeld en bewezen, het zal erg veel moeite kosten om fabrikanten over te laten stappen. Momenteel gaat de overstap van deep UV naar extreme UV al erg traag. Naast de belichtingstap zitten er nog veel meer cruciale stappen in het lithografie proces. Het deponeren van een fotogevoelige laklaag vereist enorme precisie en reproduceerbaarheid. En ook ontwikkelen moet bij elke wafer dezelfde resultaten geven. Vandaar dat fabs niet snel van een werkende combinatie lak + golflengte (nu vooral DUV, en dat al 10 jaar) + ontwikkelaar afstappen.

[Aham brahmasmi]

Om eerlijk te zijn denk ik ook dat deze vinding een beetje aan de late kant is. Het klinkt alsof ze met lasers een patroon in de laklaag willen schrijven. Leuk idee, maar bijvoorbeeld Mapper is bezig met een vergelijkbaar systeem maar dan met elektronenbundels die ook elk patroon kunnen schrijven zonder dat daarvoor maskers nodig zijn.

In tien jaar kan nog hele veel gebeuren, mogelijk wordt een totaal andere manier van lithografie toegepast tegen die tijd om de kleine feature sizes the behalen. Of wordt bottom-up opbouwen volledig mogelijk, waardoor het aanbrengen van patronen wellicht niet meer mogelijk is.

Daarnaast zijn de huidige technieken goed doorontwikkeld en bewezen, het zal erg veel moeite kosten om fabrikanten over te laten stappen. Momenteel gaat de overstap van deep UV naar extreme UV al erg traag.

Mapper is ook al vele jaren bezig maar nog steeds niet geschikt voor massaproductie.

Toen ik dit artikel las dacht ik: mooi, misschien kunnen ze dan die peperdure EUV-machines overslaan, maar dat feest zal niet doorgaan ben ik bang.

[Bafti]

Dat ligt eraan. De meeste huidige technieken worden steeds verbeterd. Als dat niet meer mogelijk is dan stapt men over op iets anders.
Misschien kan deze techniek ook wel heel sterk verbeterd worden waardoor het over 10 jaar nog steeds beter is dan andere productiemethoden.

Lijkt me bijvoorbeeld wel mooi als ze een soort "doolhof tralie" op zo'n chip leggen en deze heel even belichten om zo in een paar seconden een chip te maken. Maar ik vrees dat dat niet gaat op een dergelijke schaal omdat de kwantumeffecten teveel invloed hebben.

[Yezpahr]

Yup, want dan weten ze namelijk hoe ze licht kunnen omzetten in materie.

[Pb Pomper]

Licht kan je ook opvatten als materie

[link0007]

Waar heb jij natuurkunde gehad?

Licht bestaat uit fotonen, en fotonen zijn bosonen, d.w.z. massaloze krachtdragers.
Materie wordt meestal beschouwd als bestaande uit fermionen. Bijvoorbeeld de electron, of de proton (samenstelling uit drie quarks nml. up-up-down)

[TimmeyNL]

Licht heeft wel degelijk massa. Anders zou het niet onderhevig zijn aan zwaartekracht en dat is het zeker wel. De massa van licht zorgt er voor dat we achter grote sterren kunnen kijken en zwarte gaten kunnen waarnemen, doordat het afbuigt door de zwaartekracht van die lichamen.
De massa van licht is echter zo klein dat het bij oppervlakkige natuurkunde verwaarloosbaar is en weggestreept wordt. Om die zelfde reden wordt vaak beweerd dat een electron geen massa heeft. Wil niet zeggen dat het zo is natuurlijk.

[PrinsEdje80]

Helaas, dit is niet correct. Licht (maw een foton) heeft geen massa! Het is de ruimte die door de grote sterren wordt verbogen dat er voor zorgt dat je "achter" die sterren kunt kijken. Een electron echter, heeft wel massa, nl. 511 keV.

[X_dwb_X]

Een foton is wel degelijk massaloos het volgt enkel de kromming van ruimte (=zwaartekracht) veroorzaak door massa.
Ook de aarde (welke wel massa heeft) volgt een kromming van de ruimte veroorzaakt door de massa van onze eigen zon.
Het hebben van massa is is dus geen speler om wel of hier onderhevig te zijn aan zwaartekracht (=ruimte kromming).

Het frapante is wel dat men niet weet hoe een deeltje zijn massa verkrijgt, men vermoed dat het nog te ontdekken Higgs veld hier voor verantwoordelijk is.
Ook weet men nog steeds niet hoe massa in staat is een zwaartekracht (=ruimte kromming) te genereren, men vermoed dat het nog te ontdekken graviton deeltje hiervoor verantwoordelijk is.

[JonathanP]

Beste een interessante gedachte: eigenlijk begrijpen wij mensen er helemaal niet zoveel van. We proberen aan de hand van de alles wat we om ons heen waarnemen, aan de hand van herhaalbare en meetbare testen te doorgronden.
Soms lijkt het allemaal logisch en kunnen we het onderbouwen door er een theorie over te schrijven. In eerste instantie lijkt het zo verklaarbaar.
Vaak blijkt dat het na zoveel jaar echter achterhaald, en soms zelfs een compleet onjuist verhaal te zijn. We zullen het nooit compleet begrijpen.

[X_dwb_X]

Mee eens,
laatst een artikel gelezen waarin gezegd word dat zwaartekracht helemaal geen kracht is maar een gevolg van het verschil in dichtheid van informatie tussen objecten.
Ik begrijp er zelf niks van maar ik kan me zo voorstellen dat einstein zich omdraaid in zijn graf, hij heeft nl een groot deel van zijn leven ingezet om de zwaartekracht te unificeren met de andere bekende krachten terwijl zwaartekracht helemaal geen kracht is . Zie het een beetje als appels met peren vergelijken.

[Aham brahmasmi]

Mee eens,
laatst een artikel gelezen waarin gezegd word dat zwaartekracht helemaal geen kracht is maar een gevolg van het verschil in dichtheid van informatie tussen objecten.
Ik begrijp er zelf niks van maar ik kan me zo voorstellen dat einstein zich omdraaid in zijn graf, hij heeft nl een groot deel van zijn leven ingezet om de zwaartekracht te unificeren met de andere bekende krachten terwijl zwaartekracht helemaal geen kracht is

Dat is natuurlijk maar theorie. Zwaartekracht is wel degelijk een fysische kracht. Alleen in bepaalde theorieën verdwijnt die omdat hij geconstrueerd wordt door de kromming van ruimte o.i.d...

[X_dwb_X]

Ah, zo zie je maar de meningen zijn verdeeld over wat nu zwaartekracht nu is.
Ik denk zelf dat zwaartekracht uiteindelijk geen fysische kracht zal blijken, aangezien deze zich niet laat beschrijven door de huidige quantum mechanica theorie.
De beschrijving lukt enkel als men er meerdere dimensies bij verzind (snaar-theorie)
om het wiskundig aan elkaar te knopen.

Momenteel kan men enkel in de macro-wereld uitleggen hoe zwaartekracht zich gedraagd (Newton, Einstein), zodra je in de micro-wereld kijkt houd het op.

[ncb]

het kan zijn dat ik mij vergis maar ik dacht dat ondanks dat licht geen massa heeft de reden dat het verbogen is de aanwezigheid was van massa welke de tijd zelve doet 'krimpen' waardoor licht gaat buigen (o.i.d don't shoot me)

plotselinge ingeving edit: licht heeft geen beleving van tijd maar zal zich wel zo snel mogelijk willen verplaatsen door de ruimte (of tijd) en omdat massa de tijd afremt zal hierdoor het ligt afbuigen (nogmaals, don't shoot me. just correct me)

[Reactie gewijzigd door ncb op 25 juli 2024 23:08]

[X_dwb_X]

Ik had in mijn beschrijving weggelaten dat ook er ook tijdkromming onstaat veroorzaakt door massa, ik had dit niet nodig om mijn punt duidelijk te maken.

Zwaartekracht word dus beschouwd als ruimte-tijd kromming, beide zorgen er dus voor dat het licht afbuigt.
De lichtsnelheid is altijd hetzelfde dus als, zoals je zegt, de tijd krimpt onder invloed van massa en licht er met dezelfde snelheid door de ruimte gaat, dan buigt deze dus af en klopt het wat je zegt.

[AugmentoR]

En toch heeft 'ie wel een punt hoor, energie=massa (maal c²). Massa kan prima worden omgezet in energie, andersom kan ook (als je met je zaklamp op een zwart gat schijnt wordt 'ie zwaarder).

[johnwoo]

Ja, energie en massa zijn equivalent, je kunt ze in elkaar omzetten volgens de bekende formule. Maar "gelijkwaardig aan" is niet direct "gelijk aan" in alle omstandigheden; dat omzetten is nog best een heikel karweitje

[AugmentoR]

Euh wel gelijk aan, en ook in alle omstandigheden (voor zover we weten). Noem anders eens een omstandigheid waarin E=MC2 niet geldig is?

[robvanwijk]

Hij had het over het verschil tussen "gelijkwaardig" en "gelijk". Dan moet je niet reageren met een post die juist dat verschil onder het vloerkleed schuift.
Thermische energie is ook gelijkwaardig aan bewegingsenergie (in de betekenis van Joule = Joule), maar als ik ijs wil ontdooien gebruik ik daar liever thermische energie voor (gooi er heet water over) dan bewegingsenergie (in theorie warmt ijs ook op als je er met een moker op inmept).
Je kunt die bewegingsenergie natuurlijk omzetten in thermische energie (via motor, electrische generator en een weerstandje bijvoorbeeld). Net zo kun je massa in energie omzetten (bijvoorbeeld via kernreacties). Maar net wat johnwoo zegt; dat soort omzettingen zijn lang niet altijd eenvoudig en/of practisch.

[postbus51]

Kans is groter dat het zwarte gat al verdampt is dan dat de hoeveelheid licht uit je lampje hem groter maakt (groter is raar begrip btw)

[Verwijderd]

0_o knap dat je dat weet.

Ontopic:
Ik snap niet waarom ze dit niet eerder hebben gedaan.

[cc bcc]

Ik snap niet waarom ze dit niet eerder hebben gedaan

Ja idd, misschien had je ze een paar jaar geleden ff moeten bellen met dit idee.

[A4-tje]

alles heeft massa bosonen dus ook. dat wij nog niet zo ver ontwikkeld zijn dat we dat van bosonen kunnen meten betekent niet dat het er dan maar niet is

[Bulls]

Leuk even een catalysator activeren en al het licht van de zon word een vaste stof.

[gfgw]

Ja, en dat heeft vervolgens ook 10 jaar nodig om productierijp te worden.

[Verwijderd]

Goed nieuws. Hoe lang zou het duren tot dit lithografisch proces gebruikt wordt bij de consumenten chips?

[the_shadow]

Voorlopig is de techniek echter nog niet voor waferproductie te gebruiken; de onderzoekers gebruiken de lithografische techniek voor onderzoek. Het zou nog zeker tien jaar duren voordat de techniek commercieel inzetbaar is.

Over tien jaar zijn waarschijnlijk de eerste machines er, dan gok ik dat het nog eens 5 jaar duurt voordat ze op een degelijke productie doorvoer zitten.

[D.oomah]

Komt er een man binnen: Goh, wat is het hier donker, even de lampen aan doen.

[TimmeyNL]

Hmm je hebt gelijk, ik zat ff wat te simpel te denken. Thanks

Om even door te gaan: dat zou betekenen dat een zwart gat daadwerkelijk een gat in de ruimtetijd creeert. Als het slechts een diepe kuil maakt zou het licht er weer uit komen. Ik zie de ruimtetijd dan een beetje zoals men het wel eens laat zien: een flexibel 'vel' dat door massa vervormt wordt. Als dat niet juist is slaat m'n logica weer nergens op hehe.

[robvanwijk]

Gister dachten we nog dat met zichtbaar licht de minimaal te bereiken feature size x nm was sorry, weet even niet meer uit mijn hoofd of minimum feature size de helft van de golflengte is of juist het dubbele (zonder trucjes als double patterning, die ook weer nadelen met zich meebrengen), nu is het nieuws dat het kennelijk toch veel kleiner kan. Ja, dat lijkt mij zeker nieuwswaardig.

[Exirion]

Ooit van wetenschap gehoord?