Canon drukt stempel op chipindustrie

Krijgt euv eindelijk concurrentie?

Euv versus nil

Voordat we naar de Canon-methode kijken, zetten we het moderne lithografieprocedé kort uiteen. Een wafer wordt geprepareerd met een lichtgevoelige laag die 'resist' genoemd wordt. Die 'resist' wordt selectief uitgehard met een geschikte lichtbron. Voor ArF(i) is dat de eerder genoemde argonfluoridelaser en voor euv is dat een euv-lichtbron. De selectiviteit om de resist uit te harden wordt gerealiseerd door een masker tussen de lichtbron en de wafer te positioneren. Dat masker bevat een complex patroon van bolletjes en streepjes, die (in vele laagjes en vele bewerkingsstappen) de chipstructuren als transistors of bedrading moeten vormen. Het masker kan niet de hele wafer bestrijken, maar heeft beperkte afmetingen. De reticule, of het belichtingsvenster, kan maar een stukje van de wafer belichten. Na dat belichten en het resulterende uitharden van de resist kan de niet-verharde resist verwijderd worden, waarna metaallaagjes opgebracht worden, die op hun beurt weer selectief worden weggeëtst. Zo wordt laagje voor laagje een chip opgebouwd.

Principe van fotolithografie. Beeld: Wikipedia.org

Nu kleven er een paar problemen aan dit proces. Ten eerste is er de complexiteit. Zeker een euv-systeem maakt gebruik van een enorme keten lasers, spiegels en lenzen om het euv-licht te produceren, richten en focussen. Ook zijn de benodigde maskers duur en complex om te maken; de patronen op een masker moeten berekend worden om te compenseren voor allerlei factoren als lichtinterferentie en gevoeligheid van de fotoresist. Bovendien zijn voor de kleinste features vaak verscheidene maskers per laag nodig, wat de kosten verder opdrijft. Dergelijke self-aligned double of zelfs quadruple patterning leidt tot extra kosten en complexiteit.

De belofte van nil

Hoe mooi zou het zijn als je chips kon maken zonder die dure euv-lasers met verdampte tinbolletjes, zonder complexe spiegels (als je die zo nog mag noemen) en zonder verschillende belichtingen om de gewenste structuren te maken? Dat is de belofte van nano-imprintlithografie, of nil, in een notendop. Je moet met nil de complexiteit en kosten kunnen reduceren. Het grootste voordeel van nil is dat er geen dure lichtbron met alle bijbehorende complexiteit nodig is.

Hoe werkt het?

Canon-nano-imprinttechnologie. Beeld: SemiEngineering.com

De techniek maakt, net als duv en euv, nog steeds gebruik van een resist die met uv-licht wordt uitgehard, maar het patroon wordt direct in die resist geproduceerd, zonder projectie. Nil maakt namelijk gebruik van een soort masker dat als een stempel werkt; de lijnen en andere patronen worden in een transparant masker in drie dimensies geëtst. Dat patroon wordt als een aardappelstempel in de resist op de wafer gedrukt, waarna de resist wordt uitgehard. Dan wordt de stempel of het masker verwijderd en blijft het weg te etsen patroon op de wafer achter. Zo kun je in slechts één stap een compleet patroon op de wafer overbrengen, zonder dubbele of viervoudige belichtingen en zonder complexe berekeningen hoe het masker eruit zou moeten zien. Het masker wordt immers in die enkele stap een-op-een overgebracht in de resist. Dat klinkt fantastisch, maar als het zo eenvoudig was, zou de chipindustrie geen miljarden in euv hebben geïnvesteerd.

• Volgende pagina 3. Voor- en nadelen van nil