Wetenschap meldt doorbraak lithografietechniek voor chipproductie en dataopslag

Onderzoekers hebben een nieuwe methode ontwikkeld waarmee driedimensionale structuren in een lithografisch proces gemaakt kunnen worden. Hiermee kunnen kleinere transistors gemaakt worden en komen datadichtheden van terabytes voor optische media binnen handbereik.

In de halfgeleiderindustrie worden chipwafers overwegend geproduceerd met optische lithografische technieken. Om steeds kleinere transistors te kunnen bouwen, blijkt die techniek steeds lastiger inzetbaar: de golflengte van licht is te groot om fijne structuren te maken. De volgende stap zou daarom het gebruik van elektronen in plaats van fotonen zijn, met e-beam lithografie. Het opwekken van elektronenbundels en ze richten is echter lastig en duur en kost bovendien veel ruimte. Het gebruik van optische lithografie voor chipproductie zou veel geld besparen: dankzij een groep Australische onderzoekers zou dat mogelijk worden.

De Australiërs hebben een methode ontwikkeld om de het brandpunt van een optische bundel licht op een veel kleiner gebied dan de golflengte toestaat scherp te stellen. Dat leidt tot een bundel licht van slechts 9nm doorsnede, waarmee lijntjes van eveneens slechts 9nm geëtst kunnen worden. Bovendien kan de lichtbundel ook in de diepte of z-as gericht worden, wat driedimensionale lithografie mogelijk maakt. De techniek maakt, net als e-beamlithografie, geen gebruik van maskers en is met conventionele lasers en optische elementen te realiseren.

De techniek die de Australische onderzoekers ontwikkelden, maakt gebruik van twee bundels licht. Een van de bundels is de schrijfbundel, die door een tweede ringvormige bundel wordt omgeven. Die tweede bundel kan de eerste selectief uitdoven, zodat een klein bundeltje overblijft. Daarnaast ontwikkelden de onderzoekers een nieuwe fotoresist-hars, die uit twee componenten bestaat. De ene helft is lichtgevoelig voor de golflengte van de schrijfbundel, terwijl de tweede het fotopolymerisatieproces juist tegenhoudt onder invloed van het licht van de tweede bundel.

Met de combinatie van de zeer fijne optische schrijfbundel en het fotoresist-hars kunnen driedimensionale etsen gemaakt worden voor de productie van transistors. Daarbij combineert de techniek de resolutie van e-beam-lithografie met de 3d-mogelijkheden van maskerloze optische lithografie. De techniek zou goed inzetbaar zijn voor testruns voor prototypes dankzij de relatief lage kosten die mogelijk zijn door standaard lasers en optica te gebruiken. Eventueel zou de techniek ook naar optische schijfjes vertaald kunnen worden, om datadichtheden van terabytes per schijfje te realiseren. Dit brengt de onderzoekers tot de claim dat op termijn 1000 terabyte op een dvd'tje opgeslagen kan worden dankzij de techniek.

Reacties (29)

[teek2]

Dit is niet echt een nieuwe techniek, in de (bio)fysica wordt dit principe al jaren (uitgevonden in 1994) gebruikt om plaatjes met een hogere resolutie te maken dan normaal mogelijk met optische methodes, zie: https://en.wikipedia.org/wiki/STED_microscopy

[Reactie gewijzigd door teek2 op 25 juli 2024 09:14]

[Verwijderd]

Het lijkt inderdaad heel erg geinspireerd op STED. Maar die twee-componenten fotoresist is natuurlijk wel heel bijzonder. Dat is wat de lithografie mogelijk maakt.
(Ik zie zo gauw geen vermeldingen van Hell's publicaties in het artikel... Ben benieuwd op ik 'm volgende week kwaad zie rondlopen in de kantine. )

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 25 juli 2024 09:14]

[vanaalten]

Als ik het goed lees is het dus een alternatief voor E-beam lithografie en, net als E-beam, vooral bruikbaar voor prototypes en kleine aantallen. Dus niet voor massaproduktie.

Ofwel, dit gaat niet tot een significante prijsdaling voor processors leiden.

[Sissors]

Inderdaad er wordt gedaan alsof het vergelijkbaar is met normale lithografie, maar als ik het zo lees lijkt het meer op e-beam lithografie dan op normale. Het zal vast voordelen hebben tov e-beams, maar je houdt het probleem dat je stukje voor stukje alles moet beschrijven, ipv in één keer je complete wafer te belichten.

Net als bij e-beam lithografie zal je dat wel kunnen versneller door er heel veel parallel te zetten, maar voor de echte massaproductie zie ik dat toch nog niet zo één, twee drie concurreren met normale lithografie. (Er is een Nederlands bedrijf mee bezig, en ook ASML heeft wel geexperimenteerd ermee, maar voorlopig is het nog gewoon met een masker de hele wafer belichten).

De volgende stap zou daarom het gebruik van elektronen in plaats van fotonen zijn, met e-beam lithografie.

E-beam lithografie is geweldig voor bijvoorbeeld het ontwerp van nieuwe type transistoren. Maar zoals het nu lijkt zal voor chip productie het gewoon UV licht (met steeds kortere golflengtes), en als nodig met double patterning worden om alsmaar te blijven krimpen.

[lepel]

Hele mooie ontwikkeling! Echter benieuwd hoe "relatief goedkoop" dit is. Is dit dan tegenover e-beam techonolgie met elektronen of tegenover de huidige technieken?

Zal wel weer een paar jaar duren voor we hier consumenten producten mee zien.

[Zenomyscus]

Ja helaas wel. Voordat alles daadwerkelijk goedkoop geproduceert kan worden op grote schaal zijn we zo een paar jaar verder. Neemt niet weg dat het een fantastische ontwikkeling is natuurlijk. Ik ben benieuwd wanneer de eerste schijfjes van 1000 TB in de winkel liggen. Ik kan het haast niet geloven. 1000 TB is echt ongelofelijk veel. Ik heb al moeite met het volkrijgen van 1 TB. Dit is uiteraard ook goed nieuws voor bedrijven die veel opslag nodig hebben zoals Google.

Hoewel ik wel begin te twijfelen aan de toekomst van het dvdtje. Ik verwacht eigenlijk dat de dvd zoals we die nu kennen over een jaar of 5 wel zal verdwijnen. Ik zie meer toekomst in een soort portable SSD. Ik kan het niet goed onderbouwen, het is meer gevoelsmatig. Dan denk ik aan de opslagkaartjes die playstation vroeger gebruikte om games op te slaan, zoiets van dat formaat maar dan met een opslagcapaciteit van 1000 TB. Iets wat je overal in kunt drukken en je handig kan meenemen.

[Reactie gewijzigd door Zenomyscus op 25 juli 2024 09:14]

[lepel]

Het is natuurlijk op termijn, dus om dat voor elkaar te krijgen is mogelijk nog jaren onderzoek nodig. Desalnietemin geweldig om te horen.

Hopen dat ze het wel wat minder gevoelig maken dan de huidige dvdtjes. Je wilt niet opeens TBs aan data verliezen door een krasje op je schijfje. Wellicht iets zoals de floppies? Cassette eromheen?

[Zenomyscus]

Precies, daarom zat ik ook te denken aan die kaartjes van de playstation Ik zie ook meer toekomst in kleine SSD kaarten die stevig zijn en je overal in kunt steken. Schrijfjes zie ik ook niet echt als een veilig medium.

[arjankoole]

dan liever holografische opslag, dat is niet onderhevig aan degradatie zoals SSD.

[Art-X]

Ik denk dat daar wel een mouw aan valt te passen,
Ik dacht meteen aan iets als:
3 leeskoppen, elk op een apart deel van de 'dvd' (binnenkant, buitenkant, midden),
deze in een 'raid' configuratie met parity..
voordeel: hogere leessnelheid met meer betrouwbaarheid
nadeel: 1/3 minder opslag.... op 1000 TB :-)

[LopendeVogel]

Of dit over een ssd gaat weet ik niet, lijkt me wel logische. Maar het artikel spreekt over 1000tb op een dvd..

[Atomsk]

De toekomst is formaatloos: streaming muziek (spotifiy), films (netflixt), boeken (nognietdus), etc.. Los daarvan zul je altijd wel opslagmedia nodig blijven hebben.

[Permutor]

In de cloud dus.
Tja, en in die cloud heb je natuurlijk gigantisch, ahum, terantisch veel opslag nodig.

[Zenomyscus]

1000 terabyte op een dvd'tje! Als je dit een tijd geleden zou zeggen had niemand je geloofd. Prachtig hoe snel te techniek vooruitgaat. We hoeven ons in elk geval geen zorgen meer te maken voor opslagcapaciteit.

[LDVC]

Zeker mooi vooruitgang, alleen nu nog ontdekken hoe we die 1000 TB vervolgens weer kunnen lezen van het schijfje...
Voor het lezen zal een vergelijkbare fijne techniek gebruikt moeten worden als voor het schrijven, dus deze techniek moet zich eerst ontwikkelen tot iets betaalbaars...

[NinjaTuna]

Raar artikel, eerst worden technieken voor het maken van chips op wafers beschreven en wordt er gesteld dat optische lithografie de huidige standaard is (correct naar mijn idee). Vervolgens wordt de indruk gewekt dat er veel geld bespaard kan worden door het gebruik van optische lithografie, terwijl dit dus al gebruikt wordt. En dan tot slot beginnen we ook ineens over optische media als dvd'tjes die plots met terabytes kunnen worden beschreven, terwijl een dvd helemaal niets met prints, transistors en wafers te maken hebben...

[MicScott]

Zo raar is het niet. Eerst wordt er gezegd dat optische lithografie in zijn huidige vorm inderdaad de standaard is, maar tegen een soort grens aanloopt. Daarna wordt er gezegd dat men door die grens heen kan met hele dure e-beamtechnologie. Tot slot wordt er uitgelegd dat er met een nieuwe vorm van optische lithografie, er soortgelijke prestaties kunnen worden neergezet als met de eerder genoemde e-beamtechnologie, zonder de bijkomende veel hogere kosten.
En over je laatste punt: die lithografie kan blijkbaar zowel op transistors als op schijfjes worden gebruikt.
Kraakhelder, als je het mij vraagt.

[Verwijderd]

Mooi artikel! Als ze nou ook nog een goede leessnelheid weten te bereiken met die CD's ( dus over de 500MB/s) dan zou het helemaal cool zijn: je hele besturingssysteem+data e.d. op een CD'tje, makkelijk backups maken, en ook makkelijk andere PC's gebruiken. Soort van hotswap maar dan beter

[Verwijderd]

Als er voor zoiets ook nog een brander komt en voor de consument betaalbaar? (Want standaardlasers) Zou er weer een mogelijk leuk back-up medium bijkomen?

Beetje erg off topic, maar een hele piraatjesbaai zou je er op kwijtkunnen?
(de meuk die je via die site kan downloaden that is.)

[Rolf]

Bekende techniek. Wordt al enige tijd toegepast in STED microscopie.
http://en.wikipedia.org/wiki/STED_microscopy
http://en.wikipedia.org/wiki/RESOLFT

[Dutch Lion]

Het opwekken van elektronenbundels en ze richten is echter lastig en duur en kost bovendien veel ruimte.

Dat het veel ruimte kost is volgens mij onzin. Aangezien elektronenbundel momenteel nog trager is, kun je alleen dezelfde troughput als lithografie halen als je meerdere machines parallel hebt staan. Mapper (het nederlandse bedrijf dat met elektronenbundels de concurrent van ASML is) heeft daarom als eis dat er op dezelfde oppervlakte als een lithografiemachine zoveel machines moeten staan dat ze minimaal dezelfde troughput hebben. Die doelstelling halen ze aardig van wat ik een poosje terug van een presentatie begreep. Dat betekent dus dat elektronenbundel gebaseerde machines minder ruimte nodig hebben in plaats van meer.

[Verwijderd]

1000TB op 1 dvd'tje... Ruimte voor €50000000000000,- aan gejatte muziek.

Heh. Dat zijn 13 nullen.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 25 juli 2024 09:14]