เทคโนโลยีการผลิตชิป 'Beyond EUV' ผลักดัน Soft X-Ray Lithography ให้เข้าใกล้ Hyper ที่ท้าทายมากขึ้น-NA EUV

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Johns Hopkins ได้เปิดเผยแนวทางใหม่ในการผลิตชิปที่ใช้เลเซอร์ที่มีความยาวคลื่น 6.5 นาโนเมตร ~ 6.7 นาโนเมตร - หรือที่รู้จักในชื่อรังสีเอกซ์แบบอ่อน - ที่สามารถเพิ่มความละเอียดของเครื่องมือการพิมพ์หินเป็น 5 นาโนเมตรหรือต่ำกว่า รายงานของ Cosmos โดยอ้างถึงรายงานที่ตีพิมพ์ใน Nature

นักวิทยาศาสตร์เรียกวิธีการของพวกเขาว่า "เกินกว่า-EUV" - โดยเสนอว่าเทคโนโลยีของพวกเขาสามารถแทนที่-การพิมพ์หิน EUV มาตรฐานของอุตสาหกรรม - ได้ แต่นักวิจัยยอมรับว่าขณะนี้พวกเขายังต้องใช้เวลาหลายปีในการสร้างแม้แต่เครื่องมือ B-EUV รุ่นทดลอง

Soft X-Ray สามารถท้าทาย Hyper-NA ได้ บนกระดาษ

ชิปที่ทันสมัยที่สุดในปัจจุบันผลิตขึ้นโดยใช้การพิมพ์หิน EUV ซึ่งทำงานที่ความยาวคลื่น 13.5 นาโนเมตร และสามารถสร้างคุณสมบัติที่มีขนาดเล็กถึง 13 นาโนเมตร (ต่ำ-NA EUV ของรูรับแสงตัวเลข 0.33), 8 นาโนเมตร (สูง-NA EUV ของ 0.55 NA) หรือแม้แต่ 4 นาโนเมตร ~ 5 นาโนเมตร (Hyper-NA EUV บน 0.7 – 0.75 NA) ซึ่งต้องแลกมาด้วยความซับซ้อนอย่างมากของระบบการพิมพ์หินซึ่งมีระบบออปติกขั้นสูงมากซึ่งมีราคาหลายร้อยล้านดอลลาร์

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Johns Hopkins สามารถเพิ่มความละเอียดที่แท้จริงได้โดยใช้ความยาวคลื่นที่สั้นลง แม้ว่าจะใช้เลนส์ที่มีค่า NA ปานกลางก็ตาม อย่างไรก็ตาม พวกเขาเผชิญกับความท้าทายมากมายกับ B-EUV

ประการแรก แหล่งกำเนิดแสง B‑EUV ยังไม่พร้อม นักวิจัยหลายคนได้ลองใช้วิธีการต่างๆ มากมายในการสร้างรังสีความยาวคลื่น 6.7 นาโนเมตร (เช่น พลาสมาที่ผลิตด้วยเลเซอร์แกโดลิเนียม-) แต่ไม่มีแนวทางมาตรฐานทางอุตสาหกรรม- ประการที่สอง ความยาวคลื่นที่สั้นกว่าเหล่านี้ - เนื่องจากพลังงานโฟตอนสูง - มีปฏิกิริยาไม่ดีกับวัสดุไวแสงแบบดั้งเดิมที่ใช้ในการผลิตชิป ประการที่สาม เนื่องจากแสงความยาวคลื่น 6.5 นาโนเมตร ~ 6.7 นาโนเมตรถูกดูดซับไว้แทนที่จะสะท้อนจากทุกสิ่งแทบทุกอย่าง กระจกที่เคลือบหลายชั้น-สำหรับรังสีประเภทนี้จึงไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน

สุดท้ายนี้ เครื่องมือการพิมพ์หินเหล่านี้ต้องได้รับการออกแบบตั้งแต่เริ่มต้น และในปัจจุบันยังไม่มีระบบนิเวศที่จะสนับสนุนการออกแบบที่มีส่วนประกอบและวัสดุสิ้นเปลือง โดยสรุป การสร้างเครื่อง B-EUV (หรือเครื่องฉายรังสีเอกซ์แบบอ่อน-) จำเป็นต้องมีความก้าวหน้าในด้านแหล่งกำเนิดแสง กระจกฉายภาพ เครื่องต้านทาน และแม้แต่วัสดุสิ้นเปลือง เช่น แผ่นฟิล์มหรือหน้ากากโฟโตมาสก์

การแก้ปัญหาความท้าทายทีละครั้ง

นักวิจัยที่มหาวิทยาลัย Johns Hopkins นำโดยศาสตราจารย์ Michael Tsapatsis ได้สำรวจว่าโลหะบางชนิดสามารถปรับปรุงปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงและความต้านทาน B-EUV (ความยาวคลื่นประมาณ 6 นาโนเมตร) และวัสดุต้านทานที่ใช้ในการผลิตชิปได้อย่างไร (กล่าวคือ พวกมันไม่ได้ทำงานกับความท้าทายอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับรังสีเอกซ์อ่อน-)

ทีมงานค้นพบว่าโลหะ เช่น สังกะสีสามารถดูดซับแสง B-EUV และปล่อยอิเล็กตรอนออกมา ซึ่งจากนั้นจะกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาเคมีในสารประกอบอินทรีย์ที่เรียกว่าอิมิดาโซล ปฏิกิริยาเหล่านี้ทำให้สามารถกัดลวดลายที่ละเอียดมากลงบนเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ได้

สิ่งที่น่าสนใจคือ แม้ว่าสังกะสีจะทำงานได้ไม่ดีเมื่อใช้แสง EUV ขนาด 13.5 นาโนเมตรแบบเดิม แต่สังกะสีจะมีประสิทธิภาพสูงในช่วงความยาวคลื่นที่สั้นลง โดยเน้นย้ำถึงความสำคัญของการจับคู่วัสดุที่มีความยาวคลื่นที่เหมาะสม

ในการใช้สารประกอบโลหะและอินทรีย์เหล่านี้กับเวเฟอร์ซิลิคอน นักวิจัยได้พัฒนาเทคนิคที่เรียกว่าการสะสมของเหลวเคมี (CLD) วิธีการนี้จะสร้างชั้นบางๆ ที่มีลักษณะคล้ายกระจก-ของวัสดุที่เรียกว่า aZIF (เฟรมเวิร์กซีโอลิติกอิมิดาโซเลตที่ไม่เป็นรูปสัณฐาน) ซึ่งจะเติบโตในอัตรา 1 นาโนเมตรต่อวินาที นอกจากนี้ CLD ยังช่วยให้การทดสอบการผสมระหว่างโลหะกับอิมิดาโซลต่างๆ ได้อย่างรวดเร็ว ทำให้ง่ายต่อการค้นหาการจับคู่ที่ดีที่สุดสำหรับความยาวคลื่นการพิมพ์หินที่แตกต่างกัน แม้ว่าสังกะสีจะเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับ B-EUV แต่ทีมงานตั้งข้อสังเกตว่าโลหะอื่นๆ อาจทำงานได้ดีกว่าที่ความยาวคลื่นต่างกัน ซึ่งให้ความยืดหยุ่นสำหรับเทคโนโลยีการผลิตชิปในอนาคต

วิธีการนี้ทำให้ผู้ผลิตมีกล่องเครื่องมือที่ประกอบด้วยองค์ประกอบโลหะอย่างน้อย 10 ชิ้นและลิแกนด์อินทรีย์หลายร้อยตัว เพื่อสร้างการต้านทานแบบกำหนดเองที่ปรับให้เหมาะกับแพลตฟอร์มการพิมพ์หินเฉพาะ นักวิจัยเปิดเผย

สรุป

แม้ว่านักวิจัยจะไม่ได้แก้ปัญหา B-EUV ทั้งหมด (เช่น แหล่งพลังงาน หน้ากาก) แต่พวกเขาก็ก้าวไปสู่ปัญหาคอขวดที่สำคัญที่สุดประการหนึ่ง นั่นก็คือการค้นหาวัสดุต้านทานที่สามารถทำงานร่วมกับแสงความยาวคลื่น 6 นาโนเมตรได้ พวกเขาสร้างกระบวนการ CLD เพื่อใช้ฟิล์มบางและสม่ำเสมอของเฟรมเวิร์ก zeolitic imidazolate (aZIF) ที่ไม่มีรูปร่างบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน จากการทดลองแสดงให้เห็นว่าโลหะบางชนิด (เช่น สังกะสี) สามารถดูดซับแสงรังสีเอกซ์แบบอ่อน-และปล่อยอิเล็กตรอนที่กระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาเคมีในการต้านทานแบบอิมิดาโซล-

มีความท้าทายมากมายที่ต้องแก้ไขด้วย B-EUV และเทคโนโลยียังไม่มีเส้นทางที่ชัดเจนสู่ตลาดมวลชน อย่างไรก็ตาม กระบวนการ CLD สามารถใช้ได้อย่างกว้างขวาง ทั้งในแอปพลิเคชันเซมิคอนดักเตอร์และไม่ใช่-เซมิคอนดักเตอร์

ติดตามฮาร์ดแวร์ของทอมใน Google News, หรือเพิ่มเราเป็นแหล่งที่ต้องการเพื่อรับข่าวสาร การวิเคราะห์ และบทวิจารณ์-ล่าสุด-ในฟีดของคุณ อย่าลืมคลิกปุ่มติดตาม!