Производители микросхем, как художники, вырезают сложные узоры на кремнии, чтобы создать полупроводники, которые питают большинство наших гаджетов и технологий. Представьте, что вы многократно пытаетесь вырезать крошечную скульптуру из куска размером с ноготь, где нет места для ошибки. С увеличением требований к мощности и скорости небольших устройств задача вырезания узоров становится всё более сложной и актуальной.
Исследователи представили новейшую технологию DirectDrive, которая обеспечивает невиданный уровень точности в процессе плазменного травления, используемого в производстве полупроводников. Эта инновация, названная революционной, может способствовать созданию электроники следующего поколения, особенно востребованной в системах искусственного интеллекта, где необходимы компактные и высокоскоростные схемы. Группа исследователей стремится удовлетворить растущие требования к точности производства полупроводников.
Технология DirectDrive не является результатом краткосрочного исследования. Она складывалась на протяжении двадцати лет. В 2006 году инженер Патрик Прибил из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA) пришел к мысли, как управлять плазмой, используемой при создании микросхем в процессе травления.
Прибил разработал устройство, способное быстро изменять радиочастотную энергию, которая двигает эту плазму, обеспечивая более точное управление процессом травления. Для проверки своей концепции он также собрал первоначальную версию системы радиочастотного переключения - грубый, но рабочий прототип - на своей собственной кухне.
Хотя компании не проявили готовности внедрять обещающий подход из-за недостаточного развития науки, лежащей в его основе, ученые продолжали работу над превращением кухонного эксперимента в промышленную технологию. Прибил не собирался останавливаться и вместе с коллегой из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Уолтером Гекельманом, получил финансирование и закупил необходимое оборудование для исследования радиочастотной коммутации. В процессе работы к ним присоединились другие ученые, и проект, оказалось, займет много лет для завершения.
Исследователи прибил и его команды потратили десять лет на работу с лазерами и специализированными установками, измеряя поведение ионов под воздействием плазменных импульсов и отмечая изменения в их различных свойствах, связанных с движением и плотностью. Для управления плазмой они использовали радиочастотную энергию, аналогичную той, что применяется в Wi-Fi и мобильных телефонах, но более мощную.
В ходе экспериментов было выяснено, что ключевым моментом оказалось быстрое пульсирование радиочастотной энергией, включая и выключая ее тысячи раз в секунду, вместо ее непрерывного включения. Это позволило исследователям получить более точный контроль над поведением плазмы, сравнимый с тем, как скульптор использует новые прецизионные инструменты для работы с более мелкими деталями.
Современные научные исследования позволили создать новый метод DirectDrive, который быстро регулирует уровни мощности во время плазменной обработки, что раньше занимало слишком много времени и приводило к неточным результатам. Этот метод позволяет вносить изменения за 50 микросекунд, что в десятки тысяч раз быстрее, чем ранее, и уже применяется учеными в новых инструментах для травления, используемых для создания передовых полупроводниковых схем.
Компания Lam Research, владеющая патентом на DirectDrive, отмечает, что этот источник твердотельной плазмы генерирует плазму в 100 раз быстрее, чем предыдущие модели, что сокращает количество дефектов при нанесении рисунка в экстремальном ультрафиолетовом (EUV) диапазоне.