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Litografia smascherata
Poiché i consumatori si aspettano che qualsiasi cosa, dai telefoni cellulari agli animali imbalsamati, racchiuda una potenza di calcolo significativa, i produttori sono sotto pressione per sfornare microchip sempre più veloci ed economici. Ma realizzare chip per computer utilizzando la fotolitografia, la tecnica di produzione standard, è estremamente costoso. Una parte significativa di tale costo sono le maschere simili a stencil che filtrano il raggio di luce utilizzato per modellare milioni di transistor su un chip. In effetti, realizzare un singolo chip di silicio può richiedere fino a 30 maschere che costano più di un milione di dollari e poiché i transistor su un chip continuano a ridursi, il costo delle maschere non fa che aumentare.
Non c'è da stupirsi, quindi, che i ricercatori stiano correndo per sviluppare modi per eliminare completamente le maschere. Uno degli sforzi più promettenti, guidato da Henry Smith, direttore del NanoStructures Laboratory del MIT, utilizza una serie di minuscoli specchi, ciascuno di appena 16 micrometri di diametro, per dirigere la luce attraverso lenti microscopiche; ogni lente focalizza un raggio di luce su un punto del wafer di silicio e più potente è l'obiettivo, più piccolo è il punto. Inclinando i singoli specchi avanti e indietro, un computer può accendere e spegnere i singoli raggi mentre l'intera configurazione esegue la scansione del wafer. Con un milione di specchi, il sistema potrebbe creare lo stesso schema complesso sul chip di silicio che normalmente richiederebbe una serie di maschere.
Questa storia faceva parte del nostro numero di settembre 2001
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Finora, il gruppo di Smith ha utilizzato il sistema per modellare chip con 350 nanometri di larghezza-40 percento più larghi di quelli dei migliori chip di oggi. Ma le simulazioni al computer prevedono che la tecnologia MIT può generare caratteristiche piccole o addirittura più piccole di quelle derivate usando la litografia convenzionale passando a lunghezze d'onda della luce più corte.
All'Università della California, Berkeley, un gruppo guidato dall'ingegnere elettrico William Oldham sta adottando un approccio simile; ma mentre il gruppo del MIT si è concentrato sull'aumento della potenza delle lenti per creare caratteristiche più piccole, i ricercatori di Berkeley stanno riducendo le dimensioni degli specchi. Senza aumentare la potenza delle lenti, per ottenere modelli più piccoli sono necessari specchi più piccoli, afferma Yashesh Shroff, uno studente laureato nel laboratorio di Oldham.
Attualmente, il team di Oldham sta realizzando specchi che misurano solo un micrometro di diametro. Nessuno ha mai realizzato specchi così piccoli prima, dice Shroff. Entro cinque anni, aggiunge, i ricercatori sperano di avere un sistema completo in grado di incidere caratteristiche larghe 50 nanometri o meno nei chip di silicio.
Le tecnologie senza maschera potrebbero offrire ai progettisti di chip una flessibilità senza precedenti. Se vuoi testare un progetto al giorno, non puoi permetterti di costruire un set di maschere da un milione di dollari al giorno, afferma Dan Herr, direttore della ricerca sui materiali e sulla scienza dei processi presso la Semiconductor Research Corporation, sostenuta dall'industria, nel Research Triangle Park, NC. Con i microspecchi, invece, un progettista potrebbe semplicemente riprogrammare l'array. E la tecnica potrebbe rendere la fabbricazione di chip personalizzati per cose come sintetizzare il parlato in giocattoli o riprodurre MP3 in computer palmari - chip prodotti in quantità molto più piccole rispetto, ad esempio, ai processori Pentium - molto più conveniente. Diciamo che voglio fare un chip per un orsacchiotto parlante, ma mi aspetto di venderne solo 2.000, afferma l'ingegnere David Carter, membro del gruppo del MIT. Ora, con il costo della maschera di un milione di dollari, chi pagherà $ 500 per un orsacchiotto?
Una maggiore flessibilità e costi inferiori potrebbero anche essere un vantaggio per altre industrie che perseguono applicazioni emergenti della litografia. Smith, ad esempio, pensa che la sua tecnologia sarà adatta per modellare le camere e i canali che aiutano a elaborare campioni biologici in chip microfluidici, che potrebbero essere utilizzati per la scoperta di farmaci o in dispositivi diagnostici portatili.
Gli osservatori suggeriscono che il team del MIT è il più vicino a un prodotto che sostituirebbe le maschere; i ricercatori sperano di avere un dispositivo commerciale con specchio e lente per la prototipazione di chip sul mercato in un anno o due. Tuttavia, i produttori di chip stanno anche prendendo atto degli sforzi di litografia a Berkeley, alla Stanford University e all'Università del Texas ad Austin. Fino a circa due anni fa, tutta questa tecnologia senza maschera era vista come un cielo molto blu, dice Herr. Ma i progressi nel software per computer e nelle tecnologie per fabbricare cose come i microspecchi, insieme al costo crescente dei metodi di produzione esistenti, potrebbero portare la litografia senza maschera fuori dal laboratorio e negli impianti di fabbricazione entro quattro o cinque anni, afferma Herr.
Se e quando ciò accadrà, abbatterà un'altra barriera all'innovazione informatica.