 |
ЛИВЕРМОР, Калифорния, 11 апреля. - Сегодня представители компьютерной индустрии и правительственных структур США объявили о завершении работ над прототипом (выполнен в натуральную величину) первой установки для производства компьютерных чипов с использованием вакуумного ультрафиолетового излучения (EUV). Эта революционная технология ведет к созданию микропроцессоров, которые по своему быстродействию будут в десятки раз превышать самые мощные современные чипы, и микросхем памяти с аналогичным увеличением объема. Она, в частности, может применяться для создания миниатюрных супербыстрых компьютеров, а также радикально изменит принципы взаимодействия людей и компьютеров. Через несколько лет благодаря высокопроизводительным процессорам, изготовленным с помощью EUV, станут реальностью универсальные переводчики, принципиально новые методики медицинских и научных исследований, системы искусственного интеллекта и компьютеры, управляемые голосовыми командами и способные распознавать и идентифицировать объекты.
Ученые продемонстрировали результаты своих многолетних исследований вакуумного ультрафиолетового излучения, направленные на поиск новых способов формирования суперминиатюрных элементов на кремниевой подложке. Этот процесс происходит в вакууме с использованием полученной с помощью лазера плазмы для генерации не видимого человеческим глазом излучения, а также сложной системы зеркал, исполняющих роль линз для проецирования трафарета компьютерного чипа на кремниевую подложку.
Имеющая много общего с фотографией, литография используется для печати интегральных схем микрочипов. EUV-лиография была разработана с тем, чтобы преодолеть физические пределы, которых в ближайшие годы достигнет существующая технология печати чипов.
Предполагается, что используемая сейчас литографическая технология позволит производителям наносить схемы с минимальной шириной проводников 0,1 мкм (одна тысячная толщины человеческого волоса). EUV-литография разрабатывается с тем, чтобы сделать возможной печать линий схемы гораздо меньшей ширины - до 0,03 мкм, и сохранить тем самым темпы развития полупроводниковых компонентов, по крайней мере, до конца этого десятилетия.
"Создание прототипа такой машины знаменует важный этап исследовательской программы. Тем самым мы доказали, что практическое применение EUV-литографии реально, - сказал Чак Гуин (Chuck Gwyn), руководитель проекта EUV Limited Liability Company (LLC). - Следующим нашим шагом будет передача технологии производителям литографического оборудования для разработки сначала опытных, а затем и массовых систем".
Ожидается, что тактовая частота процессоров, которые будут изготовлены с использованием новой технологии, достигнет 10 ГГц в 2005-2006 гг. Для сравнения: самый быстродействующий современный процессор Intelў Pentiumў 4 имеет частоту 1,5 ГГц.
Прототип машины - т.н. экспериментальный тестовый стенд Engineering Test Stand (ETS) - появился в результате сотрудничества предприятий компьютерной индустрии и государственных организаций. Он был разработан национальными лабораториями, относящимися к Министерству энергетики США, и консорциумом компаний, занимающимися полупроводниковыми технологиями (EUV LLC), в который вошли Intel, Motorola, Advanced Micro Devices (AMD), Micron Technology, Infineon Technologies и International Business Machines (IBM).
Три национальные лаборатории - им. Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory), им. Лоуренса в Ливерморе (Lawrence Livermore National Laboratory) и Сандиа (Sandia National Laboratories, шт. Калифорния) объединили свои усилия в работе над EUV в рамках Виртуальной национальной лаборатории (Virtual National Laboratory).
Под эгидой EUV LLC частные компании организовали 100-процентное финансирование исследований EUV-литографии в рамках соглашения, которое действует с 1997 г. до 2002 г.
"Партнерство в рамках EUVL демонстрирует, что фундаментальные научные исследования и новаторские идеи могут найти применение как в частном, так и государственных секторах экономики, - сказал руководитель Управления по ядерной безопасности США при Министерстве энергетики страны (DOE National Nuclear Security Administration) Джон Гордон (John Gordon). - Решение задач такого типа - именно та работа, которую национальные лаборатории делают лучше всех".
Стенд ETS был собран в лаборатории Сандиа в Ливерморе, шт. Калифорния. В течение следующего года на нем будут работать партнеры LLC и поставщики литографических систем, чтобы усовершенствовать технологию и подготовить ее к созданию прототипа промышленной установки, отвечающей требованию индустрии к крупносерийному производству. EUV LLC поддерживает отношения с более чем 40 американскими компаниями-производителями инфраструктуры, чтобы обеспечить возможность реализации всех ключевых компонентов.
Информация о EUV LLC
В 1996 г. корпорация Intel начала финансирование исследований EUV, а в 1997 г. организовала EUV LLC вместе с компаниями Motorola и Advanced Micro Devices. Micron Technology и Infineon Technologies присоединились к консорциуму в начале 2000 г., а International Business Machines - в 2001 г. Стремительный прогресс программы EUV LLC привлек к ней интерес индустрии и обеспечил широкую поддержку. Производители микросхем и их поставщики увидели, что эта технология может стать основой для многих производственных процессов следующих поколений и использоваться для экономически эффективного изготовления полупроводниковых микросхем всех типов.
Интересные факты о литографии с применением EUV
1. Прототип EUV-машины, т.н. экспериментальный тестовый стенд Engineering Test Stand (ETS), имеет ширину и длину около трех метров (10 футов). С момента создания EUV LLC в 1997 г. над ним работали около 200 человек.
2. Вакуумная ультрафиолетовая литография (Extreme Ultra Violet - EUV) - наиболее вероятный кандидат на звание литографической технологии следующего поколения. Она сделает возможным создание в течение ближайших пяти лет процессоров с тактовой частотой 10 ГГц, что позволит индустрии полупроводников и дальше придерживаться закона Мура, в соответствии с которым число транзисторов на кремниевой пластине удваивается каждые два года.
3. Литография - это технология нанесения проводников (пути, по которому передается электрический ток) на кремниевой подложке. Процесс похож на печать фотографий. Литография с использованием EUV позволит производителям микросхем формировать на подложке элементы очень малых размеров, недостижимых ранее.
4. Процесс производства по технологии 0,07 мкм (70 нм) использует EUV-литографию для печати максимально близко расположенных проводников, что позволяет изготовителям микросхем продолжить уменьшать размеры и стоимость процессоров, повышая при этом их быстродействие.
5. EUV-литография предназначена для печати на кремниевой подложке элементов размером 0,07 мкм (70 нм) и менее. Это все равно как печатать изображение размером с двухрублевую монету на поверхности Земли с космического корабля, а затем поверх него печатать другую картинку, четко совмещая их между собой. На одном кристалле соли (с ребром 0,25 мм) разместилось бы около 3600 таких 70-нанометровых элементов.
6. EUV-излучение поглощается газами и большинством материалов, что накладывает на оборудование, где применяется EUV, требование работать в вакууме с использованием зеркал вместо обычных линз, которые передают видимые лучи света.
7. Ожидается, что EUV-литография позволит создавать через пять лет или даже раньше чипы, которые уже на первом этапе ее внедрения будут в десять раз быстрее, чем самые мощные современные микропроцессоры (на сегодняшний день таковым является Intelў Pentiumў 4 с тактовой частотой 1,5 ГГц). Эта технология ведет к появлению микропроцессоров в 30 раз быстрее существующих. Процессор 10 ГГц, например, будет настолько быстрым, что за время, за которое человек успевает только моргнуть (около 1/50 секунды), он сможет произвести порядка 400 млн. вычислений.
8. Сегодняшние установки для шагового мультиплицирования на пластину с применением дальнего ультрафиолетового излучения (Deep Ultra Violet - DUV) - машины, которые печатают схемы на кремниевых подложках - используют источники света с длиной волны 248 нм (1 нм равен одной миллиардной части метра). Длина волны EUV-излучения около 13 нм, т.е. примерно в 20 раз меньше. Для сравнения, длина волны видимого света находится в диапазоне от 400 до 700 нм.
9. Элементы, нанесенные с помощью EUV- и DUV-литографии, примерно так же отличаются друг от друга, как две одинаковые линии, проведенные на бумаге шариковой ручкой (EUV) и маркером (DUV).
10. Переход с DUV- на EUV-литографию обеспечивает более чем 10-кратное уменьшение длины волны и переход в диапазон, где она сопоставима с размерами всего нескольких десятков атомов. Представьте точку минимума между двумя пиками световой волны EUV, которая выглядит примерно как "V." Вы можете разместить на вершине до 25 атомов кремния. Для сравнения гребень волны дальнего ультрафиолетового излучения может "вынести" ряд из 460 таких атомов.
Необходимые технические разработки
Чтобы сделать эту сложную EUV-технологию доступной для использования в массовом производстве, потребуются серьезные технические усовершенствования, а именно:
Ї Разработка механизма, способного захватывать невидимый свет, длина волны которого настолько коротка, что он поглощается практически всеми материалами. Он будет воспроизводить тончайшие линии (одна тысячная толщины человеческого волоса) в процессе изготовления микросхемы.
Ї Создание платформ для совмещения картинок на различных этапах изготовления микросхемы - удерживаемые в воздухе магнитом, они должны скользить без трения с точностью, измеряемой в нанометрах (одна десятитысячная толщины человеческого волоса); движение должно быть невероятно ровным, как если бы было необходимо прямо проехать 600 км по гладкой поверхности, отклоняясь при этом в стороны не более чем на один дюйм.
Ї Изготовление системы зеркал для уменьшения картинки, которая должна быть напечатана на кремниевой подложке, означает создание криволинейных поверхностей, гладкость которых может варьироваться в пределах атома - чего особенно трудно добиться для несферических зеркал.
Ї Эти зеркала должны быть покрыты 40 слоями чередующихся материалов толщиной в несколько атомов.
Ї Для печати схем должны использоваться настолько бездефектные маски, что вероятность обнаружения изъяна должна равняться вероятности нахождения мячика для гольфа на поле размером с Род-Айленд (3200 км2).
Ї Новые средства контроля, которые должны обеспечивать такую же чистоту вакуума, как в межпланетном пространстве
Возможные применения супербыстрых компьютеров
Ї Универсальные переводчики и телефонные системы, как в фантастических кинофильмах: вы можете позвонить кому-нибудь в Японию, и ваши слова, произнесенные по-английски, будут моментально переведены, а когда они достигнут вашего собеседника, он их услышит по-японски, причем с интонацией и тональностью, характерными для вашего голоса. Соответственно все, что человек в Японии говорит по-японски, вы будете слышать по-английски. Такой переводчик можно будет устанавливать на карманные компьютеры, чтобы брать с собой в зарубежные поездки. Весь перевод будет осуществляться в режиме реального времени.
Ї Недорогие вычислительные ресурсы могут упростить проведение самых разнообразных исследований. Устройства, цена которых исчисляется тысячами долларов, смогут делать то, для чего сейчас приходится использовать суперкомпьютеры стоимостью несколько миллионов долларов: сложное моделирование для достоверного прогнозирования погоды, исследования раковых заболеваний и СПИДа, проверка атомного оружия без взрыва реальных бомб.
Ї Взаимодействие людей с компьютерами полностью изменится. Вы сможете разговаривать с ними на естественном языке, а не специальными командами: "GO ON THE WEB". Вы сможете приказать своему компьютеру найти на телевизионных каналах футбольный матч и транслировать его на экране в гостиной. Или показать компьютеру изношенную вещь, и он найдет в Web и купит там такую же на замену.
Новые системы искусственного интеллекта; небольшие устройства, которые смогут обучаться на основании того, что вы им говорите или показываете.
