فهرست مطالب
محققان چینی توانستند با بهرهگیری از فناوری Cryo-ET نقصهای لیتوگرافی میکروچیپها را تا ۹۹ درصد کاهش دهند.
به گزارش تکناک، این فناوری قادر است منبع نقصهای تولید میکروچیپها را بهطور دقیق شناسایی کند. به گفته تیم پژوهشی، این فناوری گامی بزرگ در پیشرفت تولید نیمههادیهای داخلی به حساب میآید.
در حال حاضر، یکی از حساسترین مراحل ساخت چیپهای کامپیوتری، فوتولیتوگرافی است؛ فرایندی که با استفاده از نور، الگوهای بسیار ریز مدار را روی ویفرهای سیلیکونی چاپ میکند. این فرایند را میتوان به ظهور یک عکس میکروسکوپی تشبیه کرد. در این مرحله، دستگاههای لیتوگرافی، لایهای از فوتورزیست (مایعی حساس به نور) را روی ویفر سیلیکونی پخش میکنند تا الگوهای مدار ایجاد شود.
در مرحله بعد، نور فرابنفش از طریق یک ماسک الگودار تابانده میشود، که بهعنوان «نقشه راه» مدار عمل میکند. سپس دستگاههای لیتوگرافی با فرایند شیمیایی، فوتورزیست را توسعه میدهند، بهطوری که برخی نواحی حل میشوند و برخی دیگر دستنخورده باقی میمانند. بخشهای باقیمانده بهعنوان شابلون محافظ برای مراحل بعدی، مانند حکاکی فلز یا سیلیکون عمل میکنند. اگرچه این فرایند بسیار کارآمد است، اما به مرور زمان میتواند باعث بروز مشکلات جدی شود.
بهبود لیتوگرافی با فناوری Cryo-ET چین
به عنوان مثال، در مرحله توسعه، فوتورزیست همیشه رفتار قابل پیشبینی ندارد. بخشی از مواد حلشده به ذرات میکروسکوپی تبدیل میشوند که ممکن است دوباره به ویفر بچسبند. این ذرات باعث ایجاد نقصهایی مانند پلها، شکستگیها یا لبههای ناهموار میشوند، که عملکرد چیپ را مختل میکنند. در گرههای ۵ نانومتر یا کوچکتر، یک ذره ۳۰ نانومتری (حدود یکسیهزارم عرض مو) میتواند لیتوگرافی یک مدار را خراب کند و چیپ را غیرقابل استفاده نماید. این مسئله میتواند زیانهای بزرگی به همراه داشته باشد. تا کنون، تولیدکنندگان نمیتوانستند بهطور دقیق مشاهده کنند که چه اتفاقی در محلول توسعه رخ میدهد؛ این مرحله در واقع یک «جعبه سیاه» بود.
برای تحقق این هدف، تیم پروفسور پنگ هایلین از دانشگاههای پکن، تسینگهوا و HKU از تکنیک توموگرافی الکترونی کرایو (cryo-ET) استفاده کردند تا فرایند شیمیایی میکروچیپ را در میانه جریان منجمد و آن را به صورت سهبعدی بررسی کنند. Cryo-ET معمولا در زیستشناسی برای مطالعه دقیق سلولها به کار میرود. با این روش، پس از نوردهی و توسعه یک ویفر، محلول توسعهدهنده بهسرعت تا ۳۲ درجه فارنهایت (صفر درجه سانتیگراد) منجمد شد تا همه فرایندها متوقف شوند. سپس با استفاده از توموگرافی الکترونی، تصاویر زاویهدار متعددی گرفته شد و یک دید سهبعدی در سطح مولکولی بازسازی گردید و این امکان را به تیم داد تا رفتار واقعی پلیمرهای فوتورزیست در طول مرحله توسعه را مشاهده کنند.
پس از این بررسی، تیم برای نخستین بار توانست دقیقا تشخیص دهد که چه مشکلی رخ میدهد. برای نمونه، مشخص شد که مولکولهای فوتورزیست با تعاملات ضعیف هیدروفوبیک بههم گره میخورند (شبیه به ماکارونی) و این گرهها در نهایت به ذراتی با اندازه ۳۰ تا ۴۰ نانومتر تبدیل میشوند.
یک پیشرفت بزرگ برای صنعت نیمههادیهای چین
تیم پژوهشی دریافت که حدود ۷۰ درصد از مولکولهای فوتورزیست بهدرستی حل نمیشوند و در سطح هوا–مایع باقی میمانند. هنگام شستوشوی ویفر، این تودهها دوباره روی سطح مینشینند و باعث نقصهای تولید در لیتوگرافی میشوند. بر اساس این مشاهدات، تیم دو راهحل ساده اما قدرتمند ارائه کرد که با تکنیکهای موجود تولید چیپ سازگار است. آنها پیشنهاد کردند که دمای پخت پس از نوردهی، کمی افزایش یابد تا از درهم تنیدگی پلیمرها جلوگیری شود. اجرای این روش باعث شد که تعداد تودهها بهطور چشمگیری کاهش یابد. همچنین فرایند شستوشوی توسعهدهنده تغییر کرد تا پلیمرها در سطح هوا–مایع محبوس شوند و جریان مایع، آنها را پیش از آنکه دوباره به ویفر بچسبند، دور میکند.
آزمایشها نشان داد که تعداد نقصها روی ویفرهای ۱۲ اینچی بیش از ۹۹ درصد کاهش یافته و کیفیت لیتوگرافی تقریبا به حد کامل رسیده است. با منجمد کردن و تجسم فرایند داخل محلول توسعه، تیم توانست یک فرایند پیچیده و مبتنی بر حدس و آزمون را به فرایندی قابل مشاهده، قابل فهم و کنترلشدنی تبدیل کند.
