Crear características de tamaño nanométrico en los chips de computadora utilizando nanolitografía
La industria de semiconductores ha estado en el negocio de la nanotecnología desde hace años. Ellos usan herramientas y procesos para grabar patrones de tamaño nanométrico sobre obleas de silicio recubiertas con un material llamado resina fotosensible. Esos patrones conforman los circuitos del chip que permite su ordenador para procesar los datos. El proceso utilizado para hacer estos patrones se llama nanolitografía.
Los circuitos integrados que son el cerebro de la computadora incluyen estructuras de tamaño nanométrico. Para crear características de tamaño nanométrico para circuitos integrados en obleas de silicio requiere una máquina llamada un paso a paso, el cual utiliza una técnica llamada litografía para imprimir un patrón en el chip. Los microprocesadores con un tamaño de la característica de 32 nanómetros hecha con un proceso de nanolitografía tienen hasta 995 millones de transistores empaquetados en un chip de ordenador.
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En un paso a paso, la luz brilla a través de una retícula, o fotomáscara, que contiene el patrón que se desea imprimir, y una lente enfoca el patrón en fotorresistente recubrimiento de la superficie de una oblea de semiconductor. La oblea A continuación se desplaza, o una bayoneta, de manera que una región no expuesta de movimientos de resina fotosensible en el marco del sistema óptico, exponiendo esa región usando luz UV. Este paso a paso continúa hasta que el patrón se repite a través de toda la oblea.
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La litografía es similar a la fotografía de la película, en la que un patrón se expone en la resina fotosensible y la fotoprotección se desarrolla utilizando productos químicos fotográficos. El proceso de desarrollo en ambos casos lava la resina fotosensible no expuesta, dejando la capa protectora en el patrón deseado en la superficie de la oblea. Un sistema de grabado elimina el silicio y otras capas que no están cubiertos por el patrón de la resina fotosensible.
Los fabricantes siguen llegando con las técnicas para reducir el tamaño mínimo de característica que pueden imprimir. El método utilizado actualmente por la mayoría de los fabricantes de circuitos integrados de alto volumen se llama 193 litografía de inmersión nm. los 193 nm se refiere a la longitud de onda de la luz ultravioleta generada por un láser que se utiliza para exponer la capa protectora, y inmersión se refiere al hecho de que está sumergiendo la lente en un charco de agua ultrapura.
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Aire entre la lente y la resina fotosensible hace que la luz se doble ligeramente, debido a diferencias en el índice de refracción entre el aire y la lente. Sin embargo, el índice de refracción del agua es más cercano al de la lente, por lo que la luz se dobla menos y el paso a paso puede imprimir un patrón más fino.
En la fabricación de circuitos integrados, puede exponer varios patrones diferentes en una oblea y cada uno de estos patrones define una capa o tipo de material en particular.
Por ejemplo, una capa puede definir las líneas de metal que se conectan diversos componentes del circuito, mientras que otra capa puede definir la puerta de los transistores en el circuito. (La puerta de un transistor es la región que permite una tensión aplicada para encender el transistor encendido o apagado y es la región más pequeña para ser modelado en el circuito integrado.)
Actualmente, los fabricantes están trabajando con motores paso a paso que utilizan la litografía 193 nm de inmersión para producir circuitos integrados con un tamaño mínimo de características nm 32.
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Aunque el sistema de inmersión de 193 nm se vuelve menos eficiente que el tamaño de la característica se reduce, los fabricantes tendrán que utilizar este sistema hasta que el sistema de próxima generación está disponible. Que el próximo mejora en motores paso a paso y la litografía será un sistema que utiliza la luz ultravioleta con una longitud de onda de 13,5 nm. Este sistema se llama ultravioleta extrema, o EUV, ya que utiliza luz ultravioleta con una longitud de onda tal extremadamente corto.
nanolitografía ultravioleta extremo sistemas no utilizan técnicas de inmersión. En cambio, la trayectoria de la luz y las obleas que se procesan están en un vacío ya que el aire o el agua bloquearían el haz EUV.