Istraživači sa Instituta Paul Scherrer PSI poboljšavaju rezoluciju procesa poznatog kao fotolitografija. Nadaju se da će koristiti svoju tehniku da pomognu u unapređenju minijaturizacije kompjuterskih čipova.
Minijaturizacija kompjuterskih čipova je jedan od ključeva digitalne revolucije. Omogućava da računari postanu sve manji i, u isto vreme, moćniji. Ovo je zauzvrat preduslov za razvoj kao što su autonomna vožnja, veštačka inteligencija i 5G standard za mobilne komunikacije. Sada je istraživački tim predvođen Iasonom Giannopoulosom, Iasinom Ekincijem i Dimitriosom Kazazisom iz Laboratorije za rendgenske nanonauke i tehnologije na Institutu Paul Scherrer PSI osmislio tehniku za stvaranje još gušćih obrazaca kola.
Sadašnji najsavremeniji mikročipovi imaju provodne staze razdvojene sa dvanaest nanometara, odnosno oko 6000 puta tanje od ljudske kose. Istraživači su, naprotiv, uspeli da proizvedu staze sa razmakom od samo pet nanometara. Kao rezultat toga, kola mogu biti dizajnirana mnogo kompaktnije nego ranije.
„Naš rad prikazuje potencijal svetlosti u uzorku. Ovo je značajan korak napred i za industriju i za istraživanje“, objašnjava Đanopulos.
Još 1970. godine, na mikročipu je bilo mesta samo za oko 1000 tranzistora. Danas, površina jedva veća od vrha prsta može da sadrži oko 60 milijardi komponenti. Ove komponente se proizvode korišćenjem procesa koji se naziva fotolitografija: tanak komad silicijuma, oblanda, obložen je slojem osetljivim na svetlost, fotorezistom.
Zatim se izlaže uzorku svetlosti koji odgovara nacrtu za mikročip, koji menja hemijska svojstva fotorezista, čineći ga ili rastvorljivim ili nerastvorljivim u određenim hemijskim rastvorima. Naknadni tretman uklanja izložene (pozitivni proces) ili neeksponirane (negativan proces) regione. Na kraju, provodni tragovi ostaju na pločici formirajući željeni uzorak ožičenja.
Vrsta svetlosti koja se koristi je ključna za minijaturizaciju i za sve kompaktnije mikročipove. Zakoni fizike nalažu da što je manja talasna dužina svetlosti koja se koristi, strukture na slici mogu biti bolje upakovane. Industrija je dugo vremena koristila duboko ultraljubičasto svetlo (DUV). Ova laserska svetlost ima talasnu dužinu od 193 nanometra. Poređenja radi, opseg plave svetlosti vidljive ljudskom oku završava se oko 400 nanometara.
Od 2019. godine proizvođači koriste „ekstremno ultraljubičasto svetlo“ (EUV) sa talasnom dužinom od 13,5 nanometara u masovnoj proizvodnji, više od deset puta kraće nego ranije. Ovo omogućava štampanje još finijih struktura, do deset nanometara i manje. U PSI, istraživači koriste zračenje iz švajcarskog izvora svetlosti SLS za svoja istraživanja, podešeno na 13,5 nanometara u skladu sa industrijskim standardom.
Međutim, PSI istraživači su proširili konvencionalnu EUV litografiju izlažući uzorak indirektno, a ne direktno. U EUV litografiji interferencije ogledala (MIL), dva međusobno koherentna snopa se reflektuju na pločicu pomoću dva identična ogledala. Zrakovi tada stvaraju interferencijski obrazac čiji period zavisi i od upadnog ugla i od talasne dužine svetlosti.
Grupa je bila u stanju da postigne rezolucije, tj. razdvajanja staza, od pet nanometara – u jednoj ekspoziciji. Gledano pod elektronskim mikroskopom, utvrđeno je da provodne staze imaju visok kontrast i oštre ivice.
Kazazis napominje: „Naši rezultati pokazuju da EUV litografija može da proizvede izuzetno visoke rezolucije, što ukazuje da još nema osnovnih ograničenja. Ovo je zaista uzbudljivo jer proširuje horizont onoga što smatramo mogućim i takođe može otvoriti nove puteve za istraživanje u oblast EUV litografije i fotootpornih materijala“.
Ovaj pristup trenutno nije interesantan za industrijsku proizvodnju čipova, jer je veoma spor u poređenju sa industrijskim standardima i može proizvesti samo jednostavne i periodične strukture, a ne dizajn čipa. Međutim, nudi metod za rani razvoj fotorezista potrebnih za buduću proizvodnju čipova sa rezolucijom koja nije moguća u industriji.
Tim planira da nastavi svoja istraživanja koristeći novi EUV alat u SLS-u, koji se očekuje do kraja 2025. Novi alat u kombinaciji sa SLS 2.0, koji trenutno prolazi kroz nadogradnju, pružiće znatno poboljšane performanse i mogućnosti.
