IBM מציגה שיטות להמשך מזעור שבבים בעזרת אור אולטרא סגול

חוקרים ב- IBM הציגו בכנס של האיגוד הבינלאומי לאופטיקה ופוטוניקה (SPIE) חמישה מאמרים המתמקדים באפשרות להמשיך ולהתתבסס על טכנולוגיית אולטרא סגול קיצוני ולהרחיב אותה גם לשבבים בני 5 ננומטר ואפילו 3 ננומטר. על מנת להצליח בתהליך המזעור הזה, יש לטפל בכל ההיבטים של ציוד הייצור, החומרים ותהליכי הייצור – ולהביא אותם עד קצה גבול הביצועים האפשריים.

בסוף 2017 הציגה IBM את הדור החדש של מערכות חומרה בעלות ביצועים גבוהים במיוחד, המיועדות למחשוב קוגניטיבי וליישומי בינה מלאכותית: שבבי POWER9 המשולבים במחשבי העל החזקים בעולם, Summit ו- Sierra. במקביל, הציגה IBM גם מיינפריים חדש מדגם z14, המציע לראשונה יכולות הצפנה מלאה של הנתונים – מקצה לקצה – באופן ההולם במיוחד את דרישות עידן הכלכלה הדיגיטלית.

ההתקדמות הזאת בתחום החומרה נשענת על טכנולוגיית ייצור ב- 14 ננומטר, שפותחה במעבדות המחקר של IBM בראשית העשור הנוכחי. בנוסף, דיווחה IBM גם על צנרת הפיתוח העתידית שלה בתחום, המיועדת להאיץ את כושר החישוב בתחום הבינה המלאכותית. כך, לצד ההתקדמות בתחום המחשוב הקוונטי – ממשיך המחקר והפיתוח בתחום טכנולוגיות הסיליקון לקדם את המחשוב המודרני. IBM מרחיבה בהתמדה את טווח הביצועים של מעגלים לוגיים מבוססי סיליקון. בדרך לייצור שבבים בהפרדה של 7 ננומטר וב- 5 ננומטר, מתבססות IBM ושורת חברות הפועלות בשיתוף פעולה עימה ליתוגרפיה של אור אולטרא-סגול באורך גל קצר במיוחד (Extreme Ultraviolet – EUV, אולטרא-סגול קיצוני). הטכנולוגיה הזאת מאפשרת מזעור משמעותי של גודל הטרנזיסטורים – שיאפשר דחיסת מספר גדול יותר של רכיבים אל פיסת סיליקון אחת.

ארבע שנות ניסיון מצטבר בהפעלת מערכות ייצור בליתוגרפיה אולטרא-סגולה, הולידו מאמר מקצועי העוסק ב”איפיון ושליטה בסורק EUV להצגת אחידות ויציבות”. המאמר מתאר את השיטות בהן ניתן להבטיח כי האור האולטרא-סגול המשמש לצריבת “מסיכות ייצור” של שבבים יוקרן באופן אחיד ומדוייק. למרות ששיטות בקרת החשיפה הקיימות כיום רחוקות משלמות, יכולות טכנולוגיות איפיון ובקרה לשפר את הביצועים.

הרחבת השימוש בליתוגרפיה של אור אולטרא-סגול קצר במיוחד עד למיצוי מלא של הפוצטיאל האצור בה, תחייב בחינה מחדש של כמה מההנחות הקיימות הנוגעות לתהליך הליתוגרפיה עצמו. במאמר אחר המוצג בכנס, בוחן אחד מחוקרי IBM את התהליך הפיזי והכימי של ליתוגרפיה, על מנת להציג דרכים חדשות בעזרת שיפורים בתמיסות הכימיות משמשות לפיתוח התמונה. המאמר פותח את מה שנתפס כ”קופסה שחורה”, שבה מתבצע תהליך הפיתוח – באופן המציג אפשרויות חדשות לשימוש בחומרי פיתוח משופרים בתהליכי הייצור של שבבים ב- 5 ננומטר.

שני מאמרים אחרים, בוחנים את השימוש בהברשה של פולימרים ככלי לשיפור הטבעת דפוסי מעגלים בחשיפה לאור אולטרא-סגרול קצר במיוחד, כמו גם תהליכי ייצור חדשים של מסיכות סיליקון – ששילובם יחד צפוי לאפשר ייצור שבבים גם ב- 3 ננומטר.

מסיכות המשמשות בתהליכי הייצור של שבבי מחשב מאפשרות להקרין אור בדפוסים ובקווים הנדרשים על מנת להטביע על גבי פרוסת הסיליקון את מבנה השבב המיועד. הסיליקון נמרח בשכבה דקיקה של חומר רגיש לאור – בדומה לאופן הפעולה של סרטי צילום מסורתיים. האור המוקרן מתווה קווי מוליך וצמתים בהם מצטלבים הקווים האלה, על מנת ליצור מבנה של טרנזיסטור בכל נקודת הצטלבות. אור אולטרא-סגול באורך גל קצר במיוחד (EUV) פועל מחוץ לספקטרום הנראה בעיין אנושית, באורך גל של 13.5 ננומטר ומטה – שהוא קצר משמעותית מאורך הגל של אולטרא-סגול עמוק (deep-UV) המשמש בטכנולוגיות מהדור הקודם, ועומד על 193 ננומטר. אורך גל קצר כל כך, מחייב רמה גבוהה של דיוק בבניית המסיכה המשמשת ליצירת התמונה. בדומה לטלוויזיה בהפרדה גבוהה, המאפשרת לנו לראות פרטים רבים יותר בתמונה – גם בליתוגרפיה של EUV יהיו פגמים במסיכה וחריגות מהמבנה המסודר משמעותיים יותר וישפיעו יותר על התוצאה הסופית.

על מנת לעבור מניסויים לייצור בקנה מידה רחב, נדרשים כלים לאיתור פגמים בייצור ותהליכים שיאפשרו להבין את הגורמים המשפיעים על רמות התפוקה של שבבים תקינים (yield). כאן, מציגים חוקרי IBM שיטות חדשות המאפשרות לקדם את תהליכי הייצור של שבבי סילקון שעובי פס המוליך שלהם אינו גדול מזה של כמה מולקולות DNA – המיוצרים בכמויות גדולות, על גבי פרוסות סיליקון בקוטר 12 אינטש.