تقدم شركة IBM طرقًا لتصغير حجم الرقائق بشكل أكبر باستخدام الضوء فوق البنفسجي

قدم الباحثون في شركة IBM خمس أوراق بحثية في مؤتمر الجمعية الدولية للبصريات والضوئيات (SPIE) ركزت على إمكانية الاستمرار في البناء على تكنولوجيا الأشعة فوق البنفسجية القصوى وتوسيع نطاقها إلى 5 نانومتر وحتى 3 نانومتر. ومن أجل النجاح في عملية التصغير هذه، يجب الاهتمام بجميع جوانب معدات الإنتاج والمواد وعمليات الإنتاج - والوصول بها إلى أقصى حد من الأداء الممكن.

في نهاية عام 2017، قدمت شركة IBM الجيل الجديد من أنظمة الأجهزة عالية الأداء للغاية، المصممة للحوسبة الإدراكية وتطبيقات الذكاء الاصطناعي: شرائح POWER9 المدمجة في أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم، Summit وSierra. وفي الوقت نفسه، طرحت شركة IBM أيضًا نموذج z14 المركزي الجديد، والذي يوفر لأول مرة إمكانات تشفير كاملة للبيانات - من البداية إلى النهاية - بطريقة مناسبة بشكل خاص لمتطلبات عصر الاقتصاد الرقمي.

ويرتكز هذا التقدم في مجال الأجهزة على تقنية إنتاج 14 نانومتر، والتي تم تطويرها في مختبرات أبحاث شركة IBM في بداية العقد الحالي. بالإضافة إلى ذلك، قدمت شركة IBM أيضًا تقريرًا عن خط التطوير المستقبلي الخاص بها في هذا المجال، والمصمم لتسريع القدرة الحسابية في مجال الذكاء الاصطناعي. وهكذا، إلى جانب التقدم في مجال الحوسبة الكمومية، يستمر البحث والتطوير في مجال تقنيات السيليكون في تعزيز الحوسبة الحديثة. تعمل شركة IBM بشكل مطرد على توسيع نطاق أداء الدوائر المنطقية القائمة على السيليكون. في طريقها لإنتاج رقائق بفصل 7 نانومتر و5 نانومتر، تقوم شركة IBM وعدد من الشركات العاملة بالتعاون معها بإنشاء طباعة حجرية بالأشعة فوق البنفسجية ذات طول موجي قصير للغاية (Extreme Ultraviolet - EUV، Extreme Ultra-violet) البنفسجي). تتيح هذه التقنية تقليل حجم الترانزستورات بشكل كبير - مما سيسمح بضغط عدد أكبر من المكونات في قطعة واحدة من السيليكون.

أربع سنوات من الخبرة المتراكمة في تشغيل أنظمة الإنتاج في الطباعة الحجرية فوق البنفسجية، أدت إلى ظهور مقال احترافي يتناول "توصيف الماسح الضوئي بالأشعة فوق البنفسجية والتحكم فيه لعرض التماثل والثبات". توضح المقالة الطرق التي يمكن من خلالها التأكد من أن الضوء فوق البنفسجي المستخدم لحرق "أقنعة إنتاج" الرقائق سيتم عرضه بشكل موحد ودقيق. على الرغم من أن طرق التحكم في التعرض الحالية بعيدة عن الكمال، إلا أن تقنيات التوصيف والتحكم يمكن أن تحسن الأداء.

إن التوسع في استخدام الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصيرة جدًا حتى الاستخراج الكامل للمحفز الضوئي المخزن فيها سيتطلب إعادة فحص بعض الافتراضات الحالية المتعلقة بعملية الطباعة الحجرية نفسها. وفي ورقة أخرى قدمت في المؤتمر، قام أحد باحثي شركة IBM بدراسة العملية الفيزيائية والكيميائية للطباعة الحجرية، من أجل تقديم طرق جديدة بمساعدة التحسينات في المحاليل الكيميائية المستخدمة لتطوير الصورة. يفتح المقال ما يُنظر إليه على أنه "الصندوق الأسود"، حيث تتم عملية التطوير - بطريقة تقدم إمكانيات جديدة لاستخدام مواد التطوير المحسنة في عمليات إنتاج رقائق 5 نانومتر.

تتناول مقالتان أخريان استخدام تنظيف البوليمرات كأداة لتحسين تضمين أنماط الدوائر عند تعريضها لضوء قصير للغاية ذو طول موجي قصير جدًا، بالإضافة إلى عمليات الإنتاج الجديدة لأقنعة السيليكون - والتي من المتوقع أن يؤدي الجمع بينها إلى تمكين إنتاج الرقائق حتى عند 3 نانومتر.

تسمح الأقنعة المستخدمة في عمليات إنتاج رقائق الكمبيوتر بإشعاع الضوء في الأنماط والخطوط المطلوبة لطباعة هيكل الشريحة المقصود على رقاقة السيليكون. يتم وضع السيليكون في طبقة رقيقة من مادة حساسة للضوء - على غرار الطريقة التي يعمل بها فيلم التصوير الفوتوغرافي التقليدي. يحدد الضوء المسقط الخطوط والوصلات الموصلة حيث تتقاطع هذه الخطوط، من أجل إنشاء هيكل الترانزستور عند كل نقطة تقاطع. يعمل الضوء فوق البنفسجي ذو الطول الموجي القصير للغاية (EUV) خارج الطيف المرئي للعين البشرية، عند طول موجي يبلغ 13.5 نانومتر أو أقل - وهو أقصر بكثير من الطول الموجي للأشعة فوق البنفسجية العميقة (الأشعة فوق البنفسجية العميقة) المستخدمة في تقنيات الجيل السابق، وهو 193 نانومتر. يتطلب مثل هذا الطول الموجي القصير مستوى عالٍ من الدقة في بناء القناع المستخدم لإنشاء الصورة. على غرار التلفزيون عالي الوضوح، والذي يسمح لنا برؤية المزيد من التفاصيل في الصورة - في الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية، ستكون العيوب في القناع والانحرافات عن البنية المنظمة أكثر أهمية وسيكون لها تأثير أكبر على النتيجة النهائية.

ومن أجل الانتقال من التجارب إلى الإنتاج على نطاق واسع، هناك حاجة إلى أدوات للكشف عن العيوب في الإنتاج والعمليات التي ستمكن من فهم العوامل التي تؤثر على مستويات إنتاج الرقائق العادية. هنا، يقدم باحثو شركة IBM طرقًا جديدة تجعل من الممكن تطوير عمليات إنتاج رقائق السيليكون التي لا يزيد سمك شريطها الموصل عن سمك عدد قليل من جزيئات الحمض النووي - يتم إنتاجها بكميات كبيرة، على رقائق السيليكون التي يبلغ قطرها 12 بوصة.