För drygt tre år sedan listade branschorganisationen Sematech fem kandidater för framtidens litografiska teknik.

Av dessa litografiska system, baserade på röntgen, jonprojicering, direktskrivande elektronstråle, elektronprojicering och extrem-UV, var extrem-UV den teknik som Sematechs medlemmar trodde minst på. Idag är situationen en annan, mycket tack vare att extrem-UV-tekniken redan 1997 fick en mäktig anhängare i Intel.

Extrem-UV och elektronprojicering är nu de litografitekniker som ser mest lovande ut och därmed är det främst utvecklingen av dessa båda tekniker som stöds av Sematech, den organisation som samlar underleverantörer till halvledarindustrin.

Prototyp för extrem-UV

Organisationen har dessutom ändrat sig på en viktig punkt, man anser det inte längre nödvändigt att industrin bestämmer sig för en enda teknik för framtidens litografisystem. System baserade på extrem-UV och elektronprojicering skulle kunna utnyttjas sida vid sida för delvis olika tillämpningar, menar man.

I mitten av maj i år presenterade det Intel-ledda extrem-UV-konsortiet, som även omfattar AMD, Motorola, Micron och Infineon, och som samarbetar med utrustningstillverkare som holländska ASML, ett prototypsystem som vid 13,4 nm kan skapa mönster ner till 70 nm. Prototypsystemet visar att många av de problem som extrem-UV brottats med nu är lösta eller åtminstone på väg att lösas.

Trots att mycket arbete återstår ser extrem-UV-anhängarna idag inga allvarliga hinder för att tekniken ska kunna utnyttjas framgångsrikt. Under nästa år tror sig forskarna kunna trycka en hel kiselskiva med linjer och mellanrum av måttet 100 nm. Och man ser ingen anledning till att inte kunna nå ultimala 20 nm så småningom.

Industrikonsortiet bakom prototypsystemet siktar på att ha färdiga tillverkningsverktyg klara för leverans mot slutet av 2005.

System baserade på elektronprojicering ser dock ut att bli klara att tas i bruk redan 2003. Såväl Lucent som IBM har presenterat protyper för sina respektive system. Lucent har knutit till sig Applied Materials, ASML, Motorola, Samsung och Texas Instruments för att göra sin Scalpel-teknik kommersiellt gångbar.

IBM tycks dock vara än närmare en kommersialisering med sitt Prevail-system, som lierade Nikon planerar att snart börja göra tillverkningsutrustning baserad på. Förutom det faktum att utrustningar baserade på elektronprojicering ser ut att bli tillgängliga först ser de dessutom ut att kunna bli billigare och kompaktare än motsvarande extrem-UV-system.

Extrem-UV är dyrt och stort

Utvecklingen av extrem-UV har hittills kostat betydligt mer är förväntat. Och ett av teknikens allvarligaste återstående problem är systemets drivlaser är alldeles för stor för att kunna rymmas i ett renrum. Alternativa energikällor, baserade på elektrisk urladdning, är visserligen potentiellt små, enkla och billiga, men kräver en hel del vidareutveckling innan de kan utnyttjas.

Extrem-UV-tekniken har å sin sida troligen viss fördel av att vara lite mer lik traditionell optisk litografi än elektronprojicering. Dessutom anser en del experter att det kapacitetsproblem som båda teknikerna brottas med är lättare att lösa för extrem-UV än för elektronprojicering. I dagsläget kan dock varken elektronprojicering eller extrem-UV uppnå en tillverkningskapacitet motsvarande de cirka 80 kiselskivor per timme som nuvarande litografisystem klarar.

En eller två metoder?

Sematech tycks idag visserligen luta åt att teknikerna kommer att utnyttjas jämsides, extrem-UV för volymproduktion av exempelvis DRAM-kretsar och elektronprojicering för exempelvis asicar. Men många marknadsanalytiker är av en annan mening. De anser det inte särskilt troligt att industrin verkligen kommer att ha råd att utnyttja mer än en av dessa tekniker.

Oavsett skälen är det ett faktum att många halvledar- och utrustningstillverkare idag väljer att delta i utvecklingsprojekt för båda teknikerna.

En del marknadskännare spår att det bara är en tidsfråga innan IBM och Lucent också ansluter sig till extrem-UV-konsortiet, även om de dessutom fortsätter att utveckla sina respektive elektronprojiceringssystem.

De nya litografiteknikerna utvecklas i första hand för kiselskivor på 200 mm. övergången till 300 mm-skivor blir dock inget stort problem i sammanhanget, säger tillverkarna.