Teknoloji dünyasında chiplerin küçülme yarışı hız kesmeden devam ederken, Johns Hopkins Üniversitesi'nden araştırmacılar, geleceğin çiplerini üretme potansiyeli taşıyan yeni bir litografi (ışıkla desenleme) tekniği geliştirdi. 'Beyond EUV' (B-EUV) olarak adlandırılan bu yenilikçi yaklaşım, mevcut Extreme Ultraviolet (EUV) litografisine meydan okuyabilecek seviyede daha küçük desenler oluşturma imkanı sunuyor.
Günümüzün en gelişmiş çiplerinin üretiminde kullanılan EUV litografisi, 13.5 nanometre dalga boyundaki ışınlarla çalışarak yaklaşık 13 ila 5 nanometre arasındaki hassasiyette desenler oluşturabiliyor. Bu teknoloji, karmaşık optik sistemler ve yüz milyonlarca dolarlık maliyetiyle dikkat çekiyor. Ancak B-EUV, 6.5-6.7 nanometre dalga boyuna sahip Yumuşak X-ışınlarını (Soft X-Rays) kullanarak, daha da küçük ölçeklerde, yani 5 nanometre ve altına inme potansiyeli taşıyor.
Araştırmacılar, bu yeni yöntemin EUV litografisinin yerini alabileceğini belirtiyor. Ancak B-EUV teknolojisinin henüz başlangıç aşamasında olduğunu ve deneysel bir B-EUV aracının bile üretilmesinin yıllar alabileceğini de ekliyorlar.
Yumuşak X-Işınları, Yeni Nesil Teknolojilere Kapı Aralıyor
B-EUV teknolojisinin temelinde, daha kısa dalga boylu Yumuşak X-ışınlarının kullanılması yatıyor. Bu sayede, daha basit optik sistemlerle bile yüksek çözünürlük elde etmek mümkün oluyor. Ancak bu yeni yaklaşımın önünde bazı önemli engeller bulunuyor:
İlk olarak, 6.7 nanometre dalga boyunda çalışabilen ışık kaynakları henüz tam anlamıyla hazır değil. Farklı araştırma grupları bu dalga boyundaki radyasyonu üretmek için çeşitli yöntemler denese de, endüstri standardı haline gelmiş bir yaklaşım bulunmuyor.
İkinci olarak, bu kısa dalga boylu ışınlar, yüksek foton enerjileri nedeniyle, chiplerin üretiminde kullanılan geleneksel ışığa duyarlı malzemelerle (resist) iyi etkileşime girmiyor. Üçüncü olarak, 6.5-6.7 nanometre dalga boyundaki ışık, hemen hemen her yüzey tarafından emildiği için, bu tür radyasyon için yansıtıcı çok katmanlı aynalar daha önce üretilemedi.
Son olarak, bu litografi araçlarının tamamen sıfırdan tasarlanması gerekiyor ve mevcut durumda bu tasarımları destekleyecek bir bileşen ve sarf malzemesi ekosistemi bulunmuyor. Kısacası, bir B-EUV makinesi (veya Yumuşak X-ışını makinesi) inşa etmek, ışık kaynakları, projeksiyon aynaları, resistler ve hatta pellicle veya fotomask gibi sarf malzemelerinde çığır açıcı gelişmeler gerektiriyor.
Zorluklar Teker Teker Aşılıyor
Johns Hopkins Üniversitesi'nden Profesör Michael Tsapatsis liderliğindeki araştırmacılar, belirli metallerin, B-EUV (yaklaşık 6 nanometre dalga boyu) ışığı ile çip üretiminde kullanılan resist malzemeleri arasındaki etkileşimi nasıl iyileştirebileceğini inceledi. Ekip, çinko gibi metallerin B-EUV ışığını emerek elektron yayabildiğini ve bu elektronların imidazoller adı verilen organik bileşiklerde kimyasal reaksiyonları tetikleyebildiğini keşfetti. Bu sayede yarı iletken plakalara çok ince desenler kazımak mümkün hale geliyor.
Dikkat çekici bir şekilde, çinko geleneksel 13.5 nanometre EUV ışığıyla iyi performans göstermezken, daha kısa dalga boylarında oldukça etkili hale geliyor. Bu durum, malzemenin doğru dalga boyuyla eşleştirilmesinin önemini vurguluyor.
Araştırmacılar, bu metal-organik bileşiklerin silikon plakalarına uygulanması için kimyasal sıvı biriktirme (CLD) adını verdikleri bir teknik geliştirdi. Bu yöntem, saniyede 1 nanometre hızında büyüyen aZIF (amorf zeolitik imidazolat iskeletleri) adı verilen ayna benzeri ince katmanlar oluşturuyor. CLD, aynı zamanda farklı metal-imidazol kombinasyonlarının hızlı test edilmesine olanak tanıyarak, farklı litografi dalga boyları için en iyi eşleşmeleri keşfetmeyi kolaylaştırıyor. Çinko B-EUV için uygunken, araştırmacılar diğer metallerin farklı dalga boylarında daha iyi performans gösterebileceğini ve gelecekteki çip üretim teknolojileri için esneklik sunduğunu belirtti.
Araştırmacılar, bu yaklaşımın üreticilere, özel litografi platformlarına uyarlanmış resistler oluşturmak için en az 10 metal element ve yüzlerce organik bağlayıcıdan oluşan bir araç seti sunduğunu açıkladı.
Özet
Araştırmacılar, B-EUV'nin tüm zorluklarını (örneğin kaynak gücü, maskeler) çözmemiş olsalar da, en kritik darboğazlardan birini aşmış durumdalar: 6 nanometre dalga boyundaki ışıkla çalışabilen resist malzemeleri bulmak. Silikon plakalarına amorf zeolitik imidazolat iskeletlerinin (aZIF) ince ve homojen filmlerini uygulamak için CLD işlemini geliştirdiler. Deneysel olarak, çinko gibi belirli metallerin Yumuşak X-ışını ışığını emerek, imidazole tabanlı resistlerde kimyasal reaksiyonları tetikleyen elektronları yayabildiğini gösterdiler.
B-EUV ile çözülmesi gereken pek çok zorluk var ve teknolojinin seri üretime giden net bir yolu henüz yok. Ancak CLD süreci, yarı iletken ve yarı iletken olmayan uygulamalarda oldukça geniş bir kullanım alanına sahip olabilir.
