Революция в плазменном травлении DirectDrive – 20 лет исследований изменят производство чипов

DirectDrive, первая в отрасли твердотельная (без движущихся частей, основанная на полупроводниках) технология плазменного травления (процесс создания микросхем с помощью ионизированного газа), обеспечивает скорость реакции плазмы в 100 раз выше, чем у предыдущих методов.

Это приводит к значительному сокращению дефектов формирования рисунка (неточностей при нанесении схем) при производстве полупроводников для электронных компонентов. Представьте, что вы пытаетесь снова и снова, миллиарды раз, вырезать крошечную, сложную скульптуру в блоке размером с ноготь, почти не допуская ошибок.

Именно этим занимаются производители чипов, когда вытравливают сложные узоры на кремнии для создания полупроводников, питающих большинство окружающих нас гаджетов и технологий. Поскольку мы требуем большей мощности и скорости от меньших устройств, необходимость вырезать эти узоры с предельной точностью становится всё более сложной задачей.

Стремясь соответствовать растущим стандартам точности в полупроводниковом производстве, команда исследователей недавно представила прорывную технологию под названием DirectDrive — которая обеспечивает беспрецедентный уровень точности в процессе плазменного травления, используемом при создании компьютерных чипов.

Это нововведение может поддержать разработку электроники следующего поколения, особенно той, что используется в системах ИИ (искусственного интеллекта), требующих высококомпактных и сверхбыстрых схем.

Читайте: Что такое Нейронные Процессоры (NPU) и почему они важны для современных вычислений

DirectDrive и 20 лет исследований

DirectDrive не является результатом недельного или месячного исследования, технологии потребовалось 20 лет, чтобы принять форму.

В центре светится фиолетовым светом плазменная травильная машина, подаренная Lam Research. Она окружена лабораторным оборудованием, которое Гекельман и Прайбил использовали для модификации машины и измерения свойств импульсной плазмы внутри нее.

Ещё в 2006 году инженер Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) Патрик Прибил задумал использовать более лучший способ управления плазмой в производстве чипов во время процесса травления.

Прибил разработал устройство, способное быстро переключать радиочастотную (РЧ) энергию (энергию электромагнитных волн), которая управляет плазмой, что позволяет гораздо точнее контролировать травление. Чтобы проверить свою идею, он также собрал раннюю версию системы РЧ-переключения — грубый, но рабочий прототип — на собственной кухне.

Несмотря на многообещающий потенциал этого подхода, компании не были готовы его принять. Научная основа была ещё недостаточно развита, а превращение кухонного эксперимента в надёжную промышленную технологию заняло бы годы работы.

Тем не менее, Прибил не собирался сдаваться. Он объединился с другим физиком из UCLA, Уолтером Гекельманом. Вместе они получили финансирование и собрали достаточно оборудования, чтобы продолжить работу над системой РЧ-переключения.

Первоначальный прототип машины для импульсного плазменного травления на кухне Патрика Прайбила в 2006 году.

Тем временем к исследованию присоединились несколько других учёных, а работа затянулась на десятилетие. Прибил и его команда провели следующие десять лет, работая с лазерами и специализированными установками.

Они измеряли поведение ионов при плазменных импульсах и замечали изменения в их различных свойствах (связанных с движением и плотностью). Использовали РЧ-энергию — ту же самую, что используется в устройствах, как Wi-Fi и мобильные телефоны, — но при более высокой мощности для контроля плазмы.

Быстрое импульсное воздействие РЧ-энергии

В ходе своих экспериментов исследователи обнаружили, что ключом к успеху является быстрое импульсное воздействие РЧ-энергии, её включение и выключение тысячи раз за секунду, вместо непрерывной подачи.

Фиолетовое свечение плазмы видно внутри модифицированной машины плазменного травления Lam Research в Базовом плазменном научном центре Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Это дало им гораздо лучший контроль над поведением плазмы, как если бы скульптору дали новые прецизионные инструменты для вырезания более тонких деталей. Ранее переключение между различными уровнями мощности в процессе плазмы занимало слишком много времени, что приводило к неточным результатам.

Метод Прибила, который теперь называется DirectDrive (технология плазменного травления), может производить эти изменения всего за 50 микросекунд (одна миллионная доля секунды), то есть в десятки тысяч раз быстрее, чем раньше.

Учёные уже используют DirectDrive в новейших инструментах для травления, чтобы помочь в производстве передовых полупроводниковых схем.

«DirectDrive, первый в отрасли твердотельный источник плазмы, генерирует плазму со 100-кратной скоростью реакции по сравнению с предыдущими источниками, что приводит к меньшему количеству дефектов формирования рисунка при экстремальном ультрафиолетовом травлении (коротковолновое излучение для точной литографии)», — отметила Lam Research (производитель оборудования для полупроводниковой промышленности), компания, владеющая патентом на DirectDrive.

Оптические элементы и лазерный свет, показанные здесь, использовались исследовательской группой для измерения некоторых свойств импульсной плазмы внутри травильной камеры машины.

Широкомасштабные последствия инновации можно понять из факта, что «каждый год на каждого человека производится один квадратный дюйм кремния», — сказал Прибил. Следующим шагом будет дальнейшее улучшение метода, чтобы сделать его ещё более эффективным.

Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram

Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU