На первый взгляд это звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой: мы знаем, что фотолитограф, ключевое оборудование в производстве микрочипов, является одним из сложнейших и самых дорогих инструментов за всю историю человечества. Но согласитесь, это звучит заманчиво: взять и заменить фотолитограф размером с грузовик и весом в десятки (а в некоторых случаях и сотни тонн) струйным принтером, и печатать на нём всё, что потребуется.
Вообще-то печатать струйные принтеры любят, но вот могут ли они печатать столь высокотехнологические устройства как микросхемы? Главным препятствием на этом пути было то, что современные полупроводниковые производства работают по очень «тонким» техпроцессам, оперирующим сотнями, десятками, а то и единицами нанометров. Добиться такой точности от струйных принтеров до недавнего времени было попросту невозможно.
Всё изменила швейцарская компания Scrona, созданная при исследовательском университете ETH Zurich. Scrona создала первую в мире платформу электростатической печати на основе МЭМС (микроэлектромеханические системы). Многосопловые печатающие головки, разработанные компанией, могут осуществлять цифровую печать с точностью в один микрометр (и даже в некоторой степени в субмикронном диапазоне: зависит от материала чернил).
Это открывает путь к использованию этой технологии в массовом производстве полупроводников, печатных плат и дистплеев. Планируется, что такие принтеры будет производить один из ведущих производителей промышленных струйных принтеров, немецкая компания Notion Systems. Новый принтер будет называться LabPrinter и будет оснащён фирменным печатающим механизмом Scrona.
Почему Scrona удалось добиться столь микроскопических размеров? Дело в том, что в традиционных пьезоструйных и пузырьковоструйных принтерах печатающая головка создаёт толкающую механическую силу внутри сопла. В итоге капли выталкиваются из его каналов. При этом размер капель ограничивается размером сопла.
При электростатической печати капли не выталкиваются из сопел, а вытягиваются наружу электрической силой. При этом выбрасываются капли, которые намного меньше размера сопла. Таким образом получилось повысить разрешение печати в сто раз. И, что особенно важно, дало возможность работать с более вязкими материалами в качестве чернил (вязкость может быть повышена более, чем в сто раз). В качестве чернил могут использоваться разнообразные материалы, в том числе металлы и диэлектрики.
Чип МЭМС, являющийся ключевым элементом печатающей головки, изготавливается непосредственно в собственной лаборатории микропроизводства Scrona. Печатающие головки оснащены 41 соплом. Но в будущем компания планирует внедрить возможности масштабирования: найти способ обеспечения работы тысяч сопел на небольшой площади. Это откроет путь к по-настоящему масштабному производству.
Технология Scrona обещает качественный скачок в производстве набирающих популярность microLED дисплеев (например, печатать цветные фильтры квантовых точек с выдающимися характеристиками), а также существенно упростить производство наиболее распространённых сейчас дисплеев OLED и LCD. Учитывая гигантский спрос на такие дисплеи, от смартфонов и смарт-часов до очков дополненной реальности, перспективы здесь открываются самые захватывающие.
Сейчас в мире идёт конкуренция с большой буквы в области оборудования для производства микрочипов. И фотолитографы — на переднем крае этой борьбы. Такие компании как голландская ASML и японская Nikon по-прежнему делают ставку на классические фотолитографы. Их можно понять: как лидерам рынка им и так хорошо. Японская Canon и австрийская EVG налегают на перспективную наноимпринтную литографию. Немецкий передовик Heidelberg Instruments активно продвигает свои установки безмасочной литографии. Теперь вот и струйные принтеры включились в эту гонку. Похоже, скучно не будет.
❗ Для знатоков и любителей микроэлектроники, полупроводниковой промышленности и фотолитографии: заходите в премиум-раздел канала «Фотолитограф».