Фотолитография является краеугольным камнем производства полупроводников. Однако реальный технологический процесс ограничен не только законами физики, но и жесткими экспортными барьерами. В этих условиях компании вынуждены искать альтернативные методы формирования топологии чипов, стремясь снизить зависимость от дорогостоящего и дефицитного оборудования для DUV- и EUV-литографии.
Китайский стартап Prinano представил собственную разработку, позволившую выпустить фотонные микросхемы на 8-дюймовых кремниевых подложках без привлечения традиционных DUV-установок. Вместо них компания применила инновационную технологию наноимпринтной литографии (оттиска).
Принципы работы технологии
Система PL-AS от Prinano базируется на использовании «вакуумной воздушной подушки». Инновация позволяет распределять давление по поверхности пластины с погрешностью менее 0,5%. Это обеспечивает безупречно равномерный прижим формы в каждой точке, предотвращая искажения рисунка. Важным отличием является то, что процесс охватывает всю пластину целиком, а не поочередную экспозицию отдельных полей.
Разрешающая способность метода позволяет формировать линии шириной менее 10 нм, что достигается за счет использования специализированных двухслойных материалов и уникальных методик обработки. После удаления мастер-формы на поверхности остается минимальный слой резиста с отклонением толщины не более 2 нм, а точность совмещения слоев достигает впечатляющих показателей — менее 100 нм.
В отличие от DUV-литографии, где изображение проецируется светом (часто требуя многократного экспонирования для получения сверхтонких деталей), метод Prinano предполагает прямое механическое вдавливание кварцевого шаблона с рельефом в слой резиста. Этот прямой перенос структуры позволяет исключить многие промежуточные этапы классического литографического процесса.
Ранее компания уже внедрила в производство установку серии PL-SR, использующую струйное нанесение резиста и пошаговый перенос рисунка. Опыт, накопленный при создании систем для выпуска памяти и фотонных компонентов, был интегрирован в новую платформу PL-AS. По оценкам разработчиков, новый метод снижает стоимость производства примерно в 10 раз по сравнению с традиционными DUV-технологиями. Тем не менее, скепсис экспертов вполне оправдан: пока не обнародованы данные о проценте выхода годных кристаллов и статистике дефектов при крупносерийном производстве.
Снижаем цены на выделенные серверы в реальном времени
Успейте арендовать со скидкой до 35%, пока лот не ушел другому.
Почему фотоника стала приоритетом?
Фотонные интегральные схемы оперируют световыми потоками, а не электрическими импульсами. Такие устройства изобилуют повторяющимися структурами, такими как волноводы и кольцевые резонаторы. Наноимпринт идеально подходит для формирования подобных регулярных паттернов, так как позволяет перенести сложный рельеф за один рабочий цикл.
Требования к совмещению слоев в фотонике значительно мягче, чем в высокопроизводительных микропроцессорах, где отклонение даже в несколько нанометров становится критическим для работоспособности кристалла. Это делает фотонику идеальной «песочницей» для апробации новых методов производства. Тот факт, что технология продемонстрирована на полноценных 8-дюймовых пластинах, свидетельствует о переходе разработок из плоскости лабораторных изысканий к реальным производственным мощностям.
Более того, наноимпринт менее чувствителен к неровностям подложки, чем оптическая проекция, и обеспечивает высокую гибкость в работе с разнородными материалами — ключевое преимущество при создании современных оптических систем.
Перспективы развития
На текущем этапе наноимпринтная литография нацелена на нишевые рынки: оптическую связь, сенсоры и лидары. О полноценной конкуренции с производством топовых CPU и GPU речи пока не идет. Технология имеет свои ограничения: точность совмещения слоев уступает EUV, а прямой механический контакт с шаблоном повышает риск загрязнения и ускоряет износ самих пресс-форм. Для чипов с миллиардами транзисторов, требующих многослойной прецизионной сборки, любые микроотклонения чреваты резким падением выхода годной продукции.
Тем не менее, для сегмента сенсоров и фотоники данный метод может стать настоящим прорывом, значительно удешевляющим производство. В будущем предстоит масштабирование процессов и тщательная проверка стабильности технологии на длительных производственных сериях.
Китайские разработчики действуют системно: они одновременно совершенствуют методики многократного экспонирования (multi-patterning) на существующем DUV-оборудовании, ведут работу над собственными EUV-прототипами и активно внедряют альтернативные методы вроде наноимпринта. Последний, несомненно, займет свою нишу там, где важна экономическая эффективность и простота реализации без потери качества конечного продукта.
