موسسه ملی آزمایشگاه لارنس لیورمور (LLNL) اخیراً از آغاز یک پروژه تحقیقاتی چهار ساله به ارزش ۱۲ میلیون دلار خبر داده است که هدف آن بهبود فناوری لیتوگرافی فرابنفش شدید (Extreme Ultraviolet lithography EUV) است. این پروژه با همکاری محققان از موسسات مختلف از جمله SLAC National Accelerator Laboratory و ASML San Diego، انجام می شود.
این موضوع به منظور پیشبرد تکنولوژی‌های مورد نیاز برای بهبود فناوری EUV در جهت ساخت نیمه رساناهای پیشرفته و کوچکتر اشاره دارد.
EUV چیست و چرا مهم است؟
لیتوگرافی EUV یک فناوری کلیدی در تولید تراشه‌های با دقت بالا است که از نور فرابنفش شدید با طول موج‌های کوتاه (طول موج ۱۳.۵ نانومتر) برای حکاکی الگوهای پیچیده بر روی ویفرهای سیلیکونی (نیمه هادی) استفاده می‌کند. این فناوری به ویژه در تولید میکروپروسسورها و تراشه‌های پیشرفته برای دستگاه‌های محاسباتی با عملکرد بالا و هوش مصنوعی اهمیت دارد.
سیستم‌های لیتوگرافی EUV که توسط شرکت ASML تولید می‌شوند، به اندازه یک اتوبوس مدرسه هستند و هزینه‌های بالای ۳۰۰ میلیون دلار دارند، اما همچنان برای تولید تراشه‌های کوچکتر و با عملکرد بالاتر ضروری هستند.
هدف پروژه: افزایش کارایی EUV
پروژه جدید LLNL تمرکز خود را بر روی یک لیزر جدید به نام “Big Aperture Thulium” (BAT) گذاشته است. این لیزر قادر است کارایی منابع EUV را تا ۱۰ برابر نسبت به لیزرهای دی اکسید کربن، که در حال حاضر در صنعت استفاده می‌شوند، افزایش دهد.
این پیشرفت می‌تواند باعث تولید تراشه‌هایی کوچکتر، سریع‌تر و با مصرف انرژی کمتر شود و همچنین هزینه‌های تولید تراشه‌ها را کاهش دهد.
LLNL در این زمینه بر پژوهش‌های اساسی مانند موارد زیر تمرکز دارد:
- بهبود منابع نور EUV:
تولید نور فرابنفش شدید (EUV) یکی از چالش‌های بزرگ این فناوری است. LLNL با توسعه منابع نور قدرتمندتر و پایدارتر تلاش می‌کند بهره‌وری سیستم‌های EUV را افزایش دهد. این منابع باید قادر به تولید طول موج‌های کوتاه در مقیاس نانومتری با شدت بالا باشند تا فرآیند لیتوگرافی با دقت بیشتری انجام شود. - بهبود کیفیت اپتیک و آینه‌ها:
در فناوری EUV، استفاده از آینه‌های بازتابی چند لایه با دقت بالا ضروری است. LLNL بر روی طراحی و ساخت آینه‌هایی تمرکز دارد که بازتاب نور EUV را به حداکثر برسانند و از تحریف یا پراکندگی آن جلوگیری کنند. این آینه‌ها برای ایجاد الگوهای دقیق بر روی ویفرها حیاتی هستند. - افزایش پایداری و کاهش هزینه‌ها:
یکی از اهداف اصلی این پروژه کاهش هزینه‌های تولید در فرآیند لیتوگرافی است. این امر شامل بهبود کارایی سیستم‌ها، کاهش مصرف انرژی، و افزایش طول عمر تجهیزات می‌شود. LLNL از مدل سازی پیشرفته و شبیه سازی‌های کامپیوتری برای بهینه سازی سیستم‌ها استفاده می‌کند. - تحقیقات بر روی مواد جدید:
مواد جدیدی که در برابر نور EUV مقاوم باشند و توانایی ایجاد الگوهای پیچیده‌تر را فراهم کنند، یکی دیگر از حوزه‌های تحقیقاتی این آزمایشگاه است. LLNL همچنین به دنبال شناسایی و توسعه مواد مقاوم در برابر آسیب‌های ناشی از تابش EUV است.
نقش LLNL در پیشرفت‌های گذشته
LLNL در طول سال‌ها تحقیقات بسیاری در زمینه لیتوگرافی EUV انجام داده است و در توسعه منابع پلاسمایی EUV و اپتیک‌های چند لایه که در انتقال نور EUV به کار می‌روند، پیشگام بوده است. این آزمایشگاه در سال ۱۹۹۷ در یک همکاری با آزمایشگاه‌های ملی سندیا و لورننس برکلی، اولین ابزار آزمایشی برای EUV را توسعه داد.
همچنین در دهه گذشته، LLNL به‌طور مشترک با شرکت ASML ، از شبیه سازی‌های پیشرفته پلاسمایی خود برای بهینه سازی کارایی منابع EUV بهره برداری کرده است.
چالش‌های فعلی و راه‌حل‌ها
یکی از مشکلات موجود در سیستم‌های فعلی EUV، میزان کارایی لیزرها و تولید نور فرابنفش شدید است. لیزرهای دی اکسید کربن که امروزه استفاده می‌شوند، قادر به تولید کارایی مطلوب نیستند و به طور کلی برای رسیدن به توان بالا و بهره‌وری بیشتر، نیاز به فناوری‌های نوآورانه تر دارند.
لیزر BAT که در پروژه LLNL مورد استفاده قرار خواهد گرفت، از لیزرهای دیود جامد برای افزایش توان و کارایی نور EUV بهره می‌برد.
تحول در صنعت تراشه سازی
توسعه این لیزر جدید می‌تواند تحول بزرگی در صنعت نیمه هادی‌ها ایجاد کند. با بهبود کارایی فناوری‌های EUV، تولید تراشه‌هایی با ویژگی‌های پیشرفته‌تر، اندازه‌های کوچکتر و مصرف انرژی کمتر ممکن می‌شود.
این پیشرفت‌ها همچنین به صنعت‌های مختلف از جمله خودروسازی، هوش مصنوعی و دستگاه‌های محاسباتی کمک خواهند کرد تا به سیستم‌های تراشه سازی پیشرفته‌تری دست یابند.
پروژه LLNL در راستای تلاش‌های وسیع‌تر برای پیشبرد تکنولوژی‌های نانو و میکروالکترونیکی است . امید می‌رود که نتایج آن به توسعه نسل جدیدی از تراشه‌های نیمه هادی منجر شود که بتوانند پاسخگوی نیازهای روزافزون بازارهای جهانی باشند.
همکاری‌های بین‌المللی
LLNL در این پروژه همکاری‌های گسترده‌ای با موسسات مختلف خواهد داشت. این شامل همکاری با آزمایشگاه SLAC National Accelerator, ASML San Diego و مرکز تحقیقاتی ARCNL در هلند است.
این تلاش‌ها نه تنها به بهبود فرآیندهای تولید نیمه رسانا منجر می‌شود، بلکه راه را برای نسل جدیدی از تراشه‌های کوچکتر، سریع‌تر و کارآمدتر باز می‌کند که در دستگاه‌های پیشرفته مانند تلفن‌های هوشمند، خودروهای خودران، و هوش مصنوعی استفاده خواهند شد. LLNL با این اقدامات، نقش مهمی در پیشبرد فناوری و حفظ رقابت پذیری ایالات متحده در صنعت نیمه رسانا ایفا می‌کند.
