Nuove tecniche per la litografia dei chip

Nel panorama tecnologico attuale le tecniche di litografia rivestono un ruolo di particolare importanza, in quanto sono basilari per la realizzazione dei moderni processori. Lo sviluppo e l'affinamento di queste tecniche permetterà di realizzare processori e chip via via migliori, più piccoli, meno dispendiosi dal punto di vista energetico e più veloci.

Intorno alle tecniche di litografia stanno lavorando i ricercatori della Purdue School of Nuclear Engineering assieme agli Argonne National Laboratories statunitensi, i quali indagano la possibilità di impiegare in maniera opportuna tecniche attualmente già utilizzate per la produzione di energia sfruttando le reazioni di fusione nucleare. Lo scopo è quello di realizzare un plasma dal quale sia possibile originare un raggio estremamente sottile adatto alle tecniche di nanolitografia.

Le tecniche di litografia attualmente utilizzate si basano sull'impiego della luce ultravioletta per creare le microscopiche incisoni nel substrato dei chip, in un processo chiamato fotolitografia che prevede la proiezione dell'immagine di una maschera su un materiale fotosensibile, ed incidere tramite un processo chimico il pattern risultante.

"Non è possibile realizzare dispositivi più piccoli usando la convenzionale litografia, quindi dobbiamo trovare strade che ci consentano di creare raggi con una lunghezza d'onda ancor più piccola" ha dichiarato Ahmed Hassanein, a capo del progetto. Le nuove tecniche di nanolitografia saranno necessaria per il progresso della tecnologia e per estendere ulteriormente la legge di Moore.

L'impiego di un plasma per le tecniche di nanolitografia consente di generare una radiazione UV estrema con una lunghezza d'onda di 13,5 nanometri, corrispondente a meno di un decimo di quanto ottenibile con le tecniche di fotolitografia correntemente impiegate. Il team di ricerca è ora impegnato a trovare un modo per migliorare l'efficienza di due tecniche per la produzione del plasma, una basata sull'impiego di luce laser e una che fa uso di corrente elettrica.

In entrambi i casi, però, solamente l'1%-2% dell'energia impiegata può essere convertita in plasma. Un'efficienza di conversione di tale ordine di grandezza implica la necessità di disporre di più di 100 kilowatt di potenza per poter dar luogo a questo tipo di litografia, il che crea tutta una serie di problemi di ingegnerizzazione. Il team sta cercando di ottimizzare l'efficienza di conversione e di risolvere i problemi di progettazione annessi.

Il progetto di ricerca prevede l'impiego di una particolare simulazione chiamata HEIGHTS - High Energy Interaction with General Heterogeneous Target System - sviluppata dal team guidato dal professor Hassanien. HEIGHTS opera sui supercomputer dell'Argonne National Laboratory ed una sessione di simulazione può impiegare anche qualche mese prima di poter giungere a conclusione.

Il plasma è, in estrema sintesi, un gas ionizzato in grado di condurre elettricità. Questa particolare caratteristica permette di poter impiegare opportuni campi magnetici per modellare e controllare il plasma, formando così raggi, filamenti o altre strutture. Nei reattori sperimentali di fusione vengono utilizzati proprio i campi magnetici per evitare che il plasma venga a contatto con le pareti metalliche del sito di contenimeto.

In questo caso HEIGHTS è in grado di simulare l'intero processo dell'evoluzione del plasma: il laser interagisce con un materiale bersaglio, il quale evapora, si ionizza e diventa un plasma. La simulazione inoltre mostra cosa accade quando le forze magnetiche modellano la nuvola di plasma in un punto di più piccolo diametro per generare i fotoni. Gli strumenti di simulazione combinano computazioni della fisica dei plasmi, trasporto di radiazioni, fisica atomica, interazioni plasma-materiale e magnetoidrodinamica e consentono di approntare in maniera ottimale le fasi di test per la verifica dei risultati.

Il progetto è già stato oggetto di attenzione sia da Intel, sia da Sematech, un consorzio di aziende nato con il preciso scopo di promuovere il progresso nelle tecnologie destinate alla realizzazione di chip, processori e computer.