'Beyond EUV' chiptechnologie brengt zachte X-Ray Lithography dichter bij uitdagende Hyper-NA EUV

Onderzoekers van de Johns Hopkins University hebben een nieuwe benadering van de chipproductie onthuld waarbij gebruik wordt gemaakt van lasers met een golflengte van 6,5 nm ~ 6,7 nm - ook wel bekend als zachte röntgen-stralen - die de resolutie van lithografiegereedschappen kunnen verhogen tot 5 nm en lager, meldt Cosmos, daarbij verwijzend naar een artikel gepubliceerd in Nature.

De wetenschappers noemen hun methode 'beyond-EUV' -, wat suggereert dat hun technologie de industrie-standaard EUV-lithografie - zou kunnen vervangen, maar de onderzoekers geven toe dat ze momenteel jaren verwijderd zijn van het bouwen van zelfs maar een experimenteel B-EUV-instrument.

Zachte X-Stralen kunnen Hyper-NA uitdagen. Op papier

De meest geavanceerde chips worden tegenwoordig gemaakt met behulp van EUV-lithografie, die werkt op een golflengte van 13,5 nm en kenmerken kan produceren van slechts 13 nm (Low-NA EUV van 0,33 numerieke opening), 8 nm (Hoge-NA EUV van 0,55 NA), of zelfs 4 nm ~ 5 nm (Hyper-NA EUV op 0,7 – 0,75 NA) ten koste van de extreme complexiteit van de lithografiesystemen die beschikken over zeer geavanceerde optica die honderden miljoenen dollars kosten.

Door een kortere golflengte te gebruiken, kunnen onderzoekers van de Johns Hopkins University een intrinsieke resolutieverbetering krijgen, zelfs met lenzen met een gematigde NA. Ze worden echter met veel uitdagingen geconfronteerd met B-EUV.

Ten eerste zijn B-EUV-lichtbronnen nog niet klaar. Verschillende onderzoekers hebben meerdere methoden geprobeerd om straling met een golflengte van 6,7 nm te genereren (bijvoorbeeld gadoliniumlaser-produceerde plasma), maar er bestaat geen industriestandaard-benadering. Ten tweede interageren deze kortere golflengten - vanwege hun hoge fotonenenergie - slecht met traditionele fotoresistmaterialen die worden gebruikt bij het maken van chips. Ten derde, omdat licht met een golflengte van 6,5 nm ~ 6,7 nm door vrijwel alles wordt geabsorbeerd in plaats van gereflecteerd, zijn er nog niet eerder meerlaagse-gecoate spiegels voor dit soort straling geproduceerd.

Ten slotte moeten deze lithografietools helemaal opnieuw worden ontworpen, en momenteel is er geen ecosysteem dat de ontwerpen ondersteunt met componenten en verbruiksartikelen. Samenvattend: voor het bouwen van een B-EUV-machine (of Soft X-ray-machine?) zijn doorbraken nodig op het gebied van lichtbronnen, projectiespiegels, resists en zelfs verbruiksartikelen zoals vliesjes of fotomaskers.

Uitdagingen één voor één oplossen

Onderzoekers aan de Johns Hopkins Universiteit, onder leiding van professor Michael Tsapatsis, hebben onderzocht hoe bepaalde metalen de interactie kunnen verbeteren tussen B-EUV-licht (ongeveer 6 nm golflengte) en resistente materialen die worden gebruikt bij het maken van chips (dat wil zeggen, ze hebben niet gewerkt aan andere uitdagingen die verband houden met zachte röntgenstraling).

Het team ontdekte dat metalen zoals zink B-EUV-licht kunnen absorberen en elektronen kunnen uitzenden, die vervolgens chemische reacties veroorzaken in organische verbindingen die imidazolen worden genoemd. Deze reacties maken het mogelijk om zeer fijne patronen op halfgeleiderwafels te etsen.

Interessant genoeg presteert zink weliswaar slecht met traditioneel 13,5 nm EUV-licht, maar wordt het zeer effectief bij kortere golflengten, wat benadrukt hoe belangrijk het is om het materiaal met de juiste golflengte te matchen.

Om deze metaal-organische verbindingen op siliciumwafels toe te passen, ontwikkelden de onderzoekers een techniek genaamd chemische vloeistofdepositie (CLD). Deze methode creëert dunne, spiegel-achtige lagen van een materiaal genaamd aZIF (amorfe zeolitische imidazolaatframeworks), dat groeit met een snelheid van 1 nm per seconde. CLD maakt ook het snel testen van verschillende metaal-imidazoolcombinaties mogelijk, waardoor het gemakkelijker wordt om de beste combinaties voor verschillende lithografische golflengten te ontdekken. Hoewel zink zeer geschikt is voor B-EUV, merkte het team op dat andere metalen mogelijk beter presteren bij verschillende golflengten, wat flexibiliteit biedt voor toekomstige technologieën voor de chipproductie.

Deze aanpak geeft fabrikanten een gereedschapskist van ten minste tien metaalelementen en honderden organische liganden om aangepaste resists te maken die zijn afgestemd op specifieke lithografieplatforms, onthulden de onderzoekers.

Samenvatting

Hoewel de onderzoekers de volledige reeks B-EUV-uitdagingen (bijv. bronstroom, maskers) niet hebben opgelost, hebben ze een van de meest kritische knelpunten naar voren gebracht: het vinden van resistmaterialen die kunnen werken met licht met een golflengte van 6 nm. Ze creëerden het CLD-proces om dunne, uniforme films van amorfe zeolitische imidazolaatraamwerken (aZIF's) op siliciumwafels aan te brengen. Ze hebben experimenteel aangetoond dat bepaalde metalen (zoals zink) zacht röntgenlicht kunnen absorberen en elektronen kunnen uitzenden die chemische reacties veroorzaken in op imidazol gebaseerde resists.

Er zijn tal van uitdagingen die moeten worden opgelost met B-EUV, en de technologie heeft geen duidelijk pad naar de massamarkt. Het CLD-proces kan echter op grote schaal worden gebruikt, zowel in halfgeleider- als niet-halfgeleidertoepassingen.

VolgenTom's Hardware op Google Nieuws, ofvoeg ons toe als voorkeursbron, om ons up-to-date-- nieuws, analyses en recensies in uw feeds weer te geven. Klik dan zeker op de knop Volgen!