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L'industria dei semiconduttori opera da anni nel settore delle nanotecnologie. Usano strumenti e processi per incidere modelli nano-dimensionali su wafer di silicio rivestiti con un materiale chiamato photoresist. Questi schemi costituiscono i circuiti sul chip che consentono al computer di elaborare i dati. Il processo utilizzato per creare questi modelli è chiamato nanolitografia .
I circuiti integrati che sono il cervello del tuo computer includono strutture di dimensioni nano. Per creare funzionalità di dimensioni nanometriche per circuiti integrati su wafer di silicio è necessaria una macchina chiamata stepper, che utilizza una tecnica chiamata litografia per stampare un modello sul chip. I microprocessori con dimensioni di 32 nanometri realizzati con un processo di nanolitografia hanno ben 995 milioni di transistor su un unico chip.
In uno stepper, la luce traspare attraverso un reticolo, o fotomaschera, che contiene il modello da stampare, e una lente focalizza il pattern sul fotoresist che ricopre la superficie di un wafer di semiconduttore. Il wafer viene quindi spostato, o calpestato, in modo che una regione non esposta di fotoresist si sposti sotto il sistema ottico, esponendo quella regione utilizzando la luce UV. Questo stepping continua finché il pattern non viene ripetuto sull'intero wafer.
La litografia è simile alla fotografia cinematografica, in cui un motivo è esposto sul fotoresist e il fotoresist è sviluppato utilizzando prodotti chimici fotografici. Il processo di sviluppo in entrambi i casi lava via il fotoresist non esposto, lasciando il resist nel modello desiderato sulla superficie del wafer. Un sistema di incisione rimuove il silicio e altri strati che non sono coperti dallo schema del photoresist.
I produttori continuano a inventare tecniche per ridurre le dimensioni minime delle caratteristiche che possono stampare. Il metodo attualmente utilizzato dalla maggior parte dei produttori di circuiti integrati ad alto volume è chiamato litografia a immersione a 193 nm. Il 193 nm si riferisce alla lunghezza d'onda della luce ultravioletta generata da un laser usato per esporre il resist e immersione si riferisce al fatto che stai immergendo l'obiettivo in una pozza di acqua ultrapura.
L'aria tra l'obiettivo e il fotoresist fa sì che la luce si pieghi leggermente, a causa delle differenze nell'indice di rifrazione tra l'aria e l'obiettivo. Tuttavia, l'indice di rifrazione per l'acqua è più vicino a quello dell'obiettivo, quindi la luce si piega meno e lo stepper può stampare uno schema più fine.
Quando si fabbricano circuiti integrati, è possibile esporre diversi modelli su un wafer e ciascuno di questi modelli definisce un particolare strato o tipo di materiale.
Ad esempio, uno strato potrebbe definire le linee metalliche che collegano i vari componenti del circuito, mentre un altro strato potrebbe definire la porta dei transistor nel circuito. (Il gate di un transistor è la regione che consente a una tensione applicata di attivare o disattivare il transistor ed è la regione più piccola da modellare nel circuito integrato.)
Attualmente i produttori stanno lavorando con stepper che utilizzano l'immersione a 193 nm litografia per produrre circuiti integrati con una dimensione minima di 32 nm.
Anche se il sistema di immersione a 193 nm diventa meno inefficiente con la riduzione della dimensione della funzione, i produttori dovranno utilizzare questo sistema fino a quando non sarà disponibile il sistema di prossima generazione. Il prossimo miglioramento di stepper e litografia sarà un sistema che usa la luce ultravioletta con una lunghezza d'onda di 13,5 nm. Questo sistema è chiamato ultravioletto estremo, o EUV, perché utilizza la luce ultravioletta con una lunghezza d'onda estremamente breve.
I sistemi di nanolitografia ultravioletta estrema non utilizzano tecniche di immersione. Invece, il percorso della luce e i wafer che vengono elaborati sono nel vuoto perché l'aria o l'acqua bloccherebbero il raggio EUV.
