Fotolitografia ad elevata risoluzione: luce visibile invece di EUV?

Parlando di tecniche di produzione di circuiti integrati e chip si è più volte fatto riferimento alla fotolitografia, un processo che permette di realizzare la microcircuiteria dei processori mediante l'impiego di radiazioni elettromagnetiche e trattamenti chimici.

Nel processo di fotolitografia il materiale conduttore viene depositato sul wafer e ricoperto da una soluzione chimica fotosensibile chiamata photoresist che si indurisce quando esposta alla radiazione elettromagnetica. Questa, tipicamente dello spettro dell'ultravioletto, viene fatta passare attraverso una maschera che proietta il pattern dei circuiti sul photoresist: in questo modo la parte di photoresist che non viene investita dalla radiazione possono essere rimosse, ed assieme ad esso il materiale conduttore sottostante, tramite un trattamento chimico. Infine viene rimosso anche il photoresist, lasciando il materiale conduttore che assume così medesima forma del pattern della maschera.

Con la progettazione di processori caratterizzati da un numero sempre maggiore di transistor diventa necessario realizzare circuiti sempre più piccoli: per questo motivo la fotolitografia richiede l'impiego di radiazioni nel campo dell'ultravioletto, la cui lunghezza d'onda è estremamente ridotta e permette, appunto, di disegnare circuiti di piccole dimensioni. I prossimi passi nel campo della fotolitografia vanno infatti in direzione delle tecniche Extreme Ultraviolet, ovvero della radiazione ultravioletta estrema che ha lunghezze d'onda ancora inferiori rispetto alla radiazione ultravioletta. Si tratta tuttavia di tecniche complesse e dispendiose e che necessitano, tra l'altro, condizioni di vuoto atmosferico per poter essere impiegate.

Un gruppo di ricercatori dell'Università del Maryland sta però muovendosi su un percorso alternativo, mettendo a punto una nuova tecnica che prevede l'impiego della radiazione elettromagnetica nello spettro del visibile e potrebbe addirittura non rendere necessario il passaggio alla produzione Extreme Ultraviolet.

E' il professor John Fourkas a spiegare di cosa si tratta: "Abbiamo chiamato la nostra tecnica RAPID - Resolution Augmentation through Photo-Induced Deactivation. Si tratta di una tecnica che permetterà di ridurre costi e semplificare la produzione. La luce visibile, con lunghezza d'onda maggiore dell'ultravioletto, è molto meno costosa da propagare e manipolare rispetto agli ultravioletti. L'impiego della luce visibile non richiede inoltre le condizioni di vuoto atmosferico necessarie per le attuali tecnologie con ridotta lunghezza d'onda".

Azione della doppia esposizione: i percorsi più sottili sono realizzati combinando l'area di azione dei due raggi laser

Alla base della tecnica RAPID si trova un particolare materiale fotosensibile che può essere attivato mediante l'esposizione ad un raggio laser e deattivato con l'esposizione ad un secondo raggio laser. Combinando opportunamente l'area di esposizone dei due raggi è possibile ottenere pattern ad elevata risoluzione pur utilizzando lunghezze d'onda maggiori delle dimensioni del pattern. Semplificando, di molto, il principio di funzionamento è come se l'azione del secondo raggio laser "cancellasse" una parte dell'azione del primo raggio laser.

Fourkas avverte che comunque vi è ancor ancora molto lavoro da fare prima di poter trasportare questa tecnica sulla produzione commerciale. "Attualmente stiamo utlizzando questa tecnica per la litografia punto-punto, e dobbiamo portarla ad uno stadio in cui è possibile operare su un intero wafer di silicio. Sono necessari altri progressi sul lato chimico, nei materiali e sull'ottica. Se possiamo compiere questi passi avanti, e vi stiamo lavorando sodo, potremo pensare alla commercializzazione".

Si tratta, del resto, di un percorso che le attività di ricerca e sviluppo dei colossi del campo dei semiconduttori non hanno mai seguito e per questo motivo l'impiego commerciale della tecnica richiederà ancora parecchio tempo. Il gruppo di ricerca sostiene che saranno necessari ancora una decina d'anni almeno prima che questa ricerca trovi gli opportuni sbocchi commerciali. Per maggiori approfondimenti rimandiamo ad un video pubblicato a questo indirizzo.