Американський стартап Substrate працює над новою системою рентгенівської літографії (XRL), що використовує джерело світла на основі прискорювача частинок. Компанія стверджує, що її технологія перевершує сучасну EUV-літографію, яку застосовують такі гіганти, як ASML, і дозволить виготовляти чипи з роздільною здатністю, еквівалентною 2-нм техпроцесу — а згодом і ще тоншими структурами. При цьому виробництво обійдеться удесятеро дешевше, ніж нинішні методи, і може бути готове до практичного використання до 2030 року.

Як працює технологія Substrate

В основі системи лежить спеціально розроблений прискорювач частинок, який розганяє електрони майже до швидкості світла. Рухаючись крізь магнітні поля, електрони випромінюють потужні рентгенівські імпульси — “у мільярди разів яскравіші за Сонце”. Ці промені фокусуються за допомогою набору дзеркал з ідеально відполірованою поверхнею й проєктують зображення на кремнієву підкладку, покриту фоточутливим матеріалом.

Теоретично така система може працювати навіть без фотомасок — у режимі літографії прямого запису. Це підходить для наукових цілей, хоча поки що занадто повільно для масового виробництва.

Використання рентгенівського випромінювання з довжиною хвилі 1-10 нм (так звані “м’які рентгенівські промені”) відкриває можливість друку надзвичайно дрібних структур. Але водночас це вимагає вакууму, надточних дзеркал і нових типів фоточутливих матеріалів, стійких до потужного випромінювання.

Substrate продемонструвала зображення масиву логічних контактів із критичними розмірами 12 нм і відстанню між ними лише 13 нм. Для порівняння: сучасні EUV-сканери з оптикою 0,33 NA друкують структури 13-16 нм — і це межа нинішніх можливостей. Стартап також показав зразки з високою точністю ліній і мінімальною шорсткістю країв — менш як 1 нм. Якщо ці результати справжні, то XRL-технологія Substrate здатна перевершити навіть найновіші сканери ASML NXE:3800E за якістю друку, залишаючи їм перевагу лише в точності накладання шарів (1,6 нм проти 0,9 нм у ASML).

Іншими словами, ця розробка може замінити дорогі багатоетапні EUV-процеси, які зараз застосовують для 3-нм і 2-нм техпроцесів у TSMC та Samsung.

Однак на шляху до реалізації цієї технології є кілька перешкод. Головна проблема — відсутність сумісності з існуючим обладнанням. Substrate доведеться створити повністю новий ланцюг постачання: від фоторезистів до дзеркал і масок, яких поки що не існує у масовому виробництві. Крім того, компанії треба забезпечити стабільність променя, точність оптики, високу продуктивність і відсутність пошкоджень кремнієвих пластин.

Substrate не планує продавати свої XRL-системи стороннім компаніям. Замість цього вона хоче побудувати власні фабрики у США, встановити обладнання та пропонувати послуги контрактного виробництва чипів. Але спорудження навіть однієї фабрики такого рівня потребує десятків мільярдів доларів інвестицій і злагодженої роботи сотень постачальників. Це робить проєкт надзвичайно складним і дорогим, навіть якщо базова технологія справді працює.

Отже, Substrate хоче перевернути ринок напівпровідників, запропонувавши заміну голландській ASML і повернувши технологічну перевагу США. Якщо компанії вдасться реалізувати рентгенівську літографію у промисловому масштабі, це стане наймасштабнішою зміною в індустрії виробництва чипів з моменту появи EUV. Але до цього — роки досліджень, мільярдні інвестиції й боротьба за довіру ринку.

Джерело: tomshardware