Litografi afsløret

Da forbrugerne kommer til at forvente, at alt fra mobiltelefoner til udstoppede dyr vil pakke betydelig computerkraft, er producenterne under pres for at producere stadigt hurtigere og billigere mikrochips. Men at lave computerchips ved hjælp af fotolitografi - standardfremstillingsteknikken - er vildt dyrt. En væsentlig del af disse omkostninger er de stencillignende masker, der filtrerer lysstrålen, der bruges til at mønstre millioner af transistorer på en chip. Faktisk kan fremstillingen af ​​en enkelt siliciumchip kræve så mange som 30 masker, der koster mere end en million dollars - og efterhånden som transistorerne på en chip fortsætter med at skrumpe, vokser omkostningerne til maskerne kun.

Det er derfor ikke så mærkeligt, at forskere ræser efter at udvikle måder, hvorpå man kan gøre helt op med masker. En af de mest lovende indsatser, ledet af Henry Smith, direktør for MITs NanoStructures Laboratory, bruger en række små spejle, hver kun 16 mikrometer på tværs, til at lede lys gennem mikroskopiske linser; hver linse fokuserer en lysstråle til en plet på siliciumwaferen, og jo kraftigere linsen er, jo mindre er pletten. Ved at vippe individuelle spejle frem og tilbage kan en computer tænde og slukke for individuelle stråler, mens hele opsætningen scanner hen over waferen. Med så mange som en million spejle kunne systemet skabe det samme komplekse mønster på siliciumchippen, som normalt ville kræve en række masker.

Denne historie var en del af vores september 2001-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Hidtil har Smiths gruppe brugt systemet til at mønstre chipfunktioner 350 nanometer brede - 40 procent bredere end dem på nutidens bedste chips. Men computersimuleringer forudsiger, at MIT-teknologien kan generere funktioner så små eller endda mindre end dem, der er afledt ved hjælp af konventionel litografi ved at skifte til kortere bølgelængder af lys.

På University of California, Berkeley, tager en gruppe ledet af elektrisk ingeniør William Oldham en lignende tilgang; men hvor MIT-gruppen har fokuseret på at øge linsernes kraft til at lave mindre funktioner, reducerer Berkeley-forskerne størrelsen af ​​spejlene. Uden at øge styrken af ​​linserne, for at få mindre mønstre, har du brug for mindre spejle, siger Yashesh Shroff, en kandidatstuderende i Oldhams laboratorium.

I øjeblikket laver Oldhams team spejle, der kun måler en mikrometer på tværs. Ingen har nogensinde lavet så små spejle før, siger Shroff. Inden for fem år, tilføjer han, håber forskerne at have et komplet system, der kan ætse funktioner på 50 nanometer brede eller mindre til siliciumchips.

Maskeløse teknologier kan give chipdesignere uhørt fleksibilitet. Hvis du vil teste et design om dagen, har du ikke råd til at bygge et maskesæt til millioner dollars om dagen, siger Dan Herr, direktør for materiale- og procesvidenskabelig forskning hos det industristøttede Semiconductor Research Corporation i Research Triangle Park, NC. Med mikrospejle, på den anden side, kunne en designer blot omprogrammere arrayet. Og teknikken kunne gøre fremstillingen af ​​skræddersyede chips til ting som at syntetisere tale i legetøj eller afspille MP3'er i håndholdte computere - chips fremstillet i meget mindre mængder end f.eks. Pentium-processorer - meget mere omkostningseffektive. Sig, at jeg vil lave en chip til en talende bamse, men jeg forventer kun at sælge 2.000 af dem, siger ingeniør David Carter, medlem af MIT-gruppen. Nu, med maskeomkostninger på en million dollars, hvem skal betale $500 for en bamse?

Større fleksibilitet og lavere omkostninger kan også være en velsignelse for andre industrier, der forfølger nye anvendelser af litografi. Smith, for eksempel, mener, at hans teknologi vil være velegnet til at mønstre de kamre og kanaler, der hjælper med at behandle biologiske prøver i mikrofluidchips, som kunne bruges til lægemiddelopdagelse eller i håndholdte diagnostiske enheder.

Observatører antyder, at MIT-teamet er tættest på et produkt, der ville erstatte masker; forskerne håber at have en kommerciel spejl-og-linse-enhed til chipprototyping på markedet om et år eller to. Alligevel lægger chipproducenter også mærke til litografiindsatsen på Berkeley, Stanford University og University of Texas i Austin. Indtil for omkring to år siden blev al denne maskeløse teknologi set som en meget blå himmel, siger Herr. Men fremskridt inden for computersoftware samt teknologier til fremstilling af ting som mikrospejle - kombineret med de voksende omkostninger ved eksisterende produktionsmetoder - kunne bringe maskeløs litografi ud af laboratoriet og ind i fabrikationsanlæg inden for fire til fem år, siger Herr.

Hvis og når det sker, vil det nedbringe endnu en barriere for computerinnovation.

skjule