Teza powyższa, postawiona przed kilku laty, do dziś zachowuje swą aktualność. Wprawdzie lawinowo rosnący popyt na mikrochipy spowodował wzrost ich cen na rynkach światowych jednak wciąż jeszcze wyścig technologiczny nie zwalnia tempa. Przeciwnie. Za sprawą europejskich uczonych i konstruktorów, być może, ulegnie on wkrótce radykalnemu przyspieszeniu.
Europa przez długi czas nie liczyła się w zasadzie wśród potęg mikroelektronicznych. Ton nadawały wyłącznie koncerny japońskie i amerykańskie. Od kilku lat sytuacja powoli się zmienia. Najpierw na rynku pojawiły się supernowoczesne układy scalone rodem z Wysp Brytyjskich. Obecnie przyszła kolej na RFN.
W świecie mikroelektroniki od dawna zdawano sobie sprawę z tego, że stosowane dotychczas metody technologiczne doszły do kresu swych możliwości, kresu jaki wyznacza nie ludzki intelekt, czy doskonałość naszych maszyn lub urządzeń, lecz nieubłagane prawa fizyki. Chipy, będące w istocie zbiorem dziesiątków tysięcy mikrostruktur-tranzystorów powstają dzięki dość skomplikowanym procesom fotolitografii stykowej. Umożliwia ona odwzorowanie na małej płytce krzemu, zgodnie z projektem, poszczególnych warstw struktury danego układu - baz i emiterów tranzystorów, ścieżek połączeniowych itp. Powierzchnię przyszłego chipa pokrywa się warstwą emulsji światłoczułej, a następnie naświetla przez wzorzec, czyli tzw. maskę promieniowaniem nadfioletowym. Fotomaska odsłania określone fragmenty płytki ukrywając przed promieniowaniem resztę. W ten sposób po wywołaniu i utrwaleniu emulsji (nienaświetlona emulsja zostaje zmyta) na płytce powstaje widoczna struktura. Jej nieosłonięta część jest następnie domieszkowana dla uzyskania, znanego Wam pewnie z fizyki efektu tranzystorowego — krzem na płytce nie jest już jednorodny, część to typ n, część p, a część została utleniona do postaci izolatora.
Ten krótki wykład z technologii był konieczny dla ukazania na czym polegać ma nowa rewolucja technologiczna w mikroelektronice. Otóż w miarę jak zmniejszają się rozmiary poszczególnych elementów układu scalonego rosną kłopoty z ich naświetlaniem. Maska wprawdzie nie musi być równie mała jak sam układ — stosuje się pomniejszanie optyczne obrazu, jednak gdy linie wzorca układu scalonego osiągają szerokość 1/500 milimetra i zbliżają się do granicy długości fali światła nadfioletowego cała optyka geometryczna jest już bezużyteczna, linie takie nie dadzą się w żaden sposób precyzyjnie odwzorować. Fizyka mówi, że oto zbliżyliśmy się już do teoretycznych, wyznaczonych przez naukę granic technologii. Mniejszego obrazu nie da się po prostu odtworzyć.
Czy rzeczywiście nie da się? Otóż, jak zapewnia Anton Heuberger, dyrektor Instytutu Fraunhofera w Berlinie Zachodnim, można przekroczyć i tę zaczarowaną granicę! Jak? Na pozór prostym zabiegiem, poprzez zastąpienie światła nadfioletowego promieniowaniem o znacznie mniejszej długości fali — promieniowaniem rentgenowskim. Nowa, powstała w ten sposób technologia — rentgenolitografia nie jest jednak prostym przedłużeniem zwykłej fotolitografii. Promieniowanie rentgenowskie z łatwością przenika przez materiały z jakich sporządzano tradycyjne fotomaski. Ponadto nie jest ono zupełnie podatne na działanie elementów optycznych — nie ugina się przechodząc przez soczewki. Ta właściwość promieniowania rentgenowskiego nie jest szczególnie miła dla technologów układów scalonych. Oznacza ona bowiem, nie mniej nie więcej, jak fakt, że maski do sporządzania chipów metodami rentgenolitografii będą musiały mieć te same wymiary, jak sam chip. Ponadto trzeba znaleźć nowe materiały odznaczające się przenikalnością oraz absorpcją promieniowania.
Naukowcy z Instytutu Fraunhofera są już dziś bardzo bliscy rozwiązania tych problemów. Zaproponowali oni, mianowicie, skomponowanie masek z płytek przenikalnego dla promieniowania krzemu o grubości 2 mikrometrów z nałożonym nań wzorcem w postaci cienkiej, mikrometrowej grubości warstwy złota. Złoto, z „wyrzeźbionymi” nań elementami mikrostruktury przyszłego procesora, czy kości pamięci absorbuje promieniowanie rentgenowskie, krzem przepuszczaj. Sami „rzeźba” zaś, tworzona jest na płytce za pomocą strumienia elektronów.
Kolejnym problemem, na jaki napotykają specjaliści rentgenolitografii, jest uzyskanie w miarę równoległego promieniowania rentgenowskiego. Użycie zwykłej lampy rentgenowskiej nie wchodziło w grę. Zasługą niemieckich naukowców było znalezienie wyjścia i z tej trudnej sytuacji. Jako pierwsi zwrócili oni uwagę na tzw. promieniowanie synchrotronowe będące niejako ubocznym efektem działania potrzebnych do badań podstawowych w fizyce toroidalnych akceleratorów cząstek elementarnych.
W ten sposób po raz kolejny, okazało się, że nie mające pozornie żadnego praktycznego znaczenia badania podstawowe wkroczyły w świat technologii. Zbudowany w Berlinie na początku lat osiemdziesiątych synchrotron BESSY służy dziś nie tylko dociekaniom o budowie materii, lecz w pierwszej kolejności rentgenolitografii, zaś wspomniany Instytut Fraunfofera powstał początkowo właśnie jako samodzielny wydział BESSY.
Badania w dziedzinie rentgenolitografii pozwalają już dziś mieć nadzieję na to, że za kilka lat na rynku pokażą się „kości” o wręcz niewyobrażalnej dziś pojemności 1 gigabajta. Powoli rozwiązuje się także problem niezwykłej kosztowności stanowisk do rentgenolitografii — w miejsce olbrzymich akceleratorów, takich, jak BESSY powstaną mniejsze, równie użyteczne. Prototyp takiego urządzenia o nazwie COSY stoi już w Berlinie Zachodnim. Do końca stulecia przewiduje się sprzedanie ok. 50 egzemplarzy takich urządzeń — zarówno placówkom naukowym, jak i firmom produkcyjnym.
Wiele mówi się dziś i pisze o nowych materiałach elektronicznych — arsenku galu, związkach organicznych itp. Wygląda na to jednak, że „poczciwy stary” krzem, m.in. za sprawą rentgenolitografii nieprędko odejdzie do lamusa.
Grzegorz Onichimowski
