Исследователи из Университета Иллинойса разработали новый недорогой метод вырезания тонких элементов на полупроводниковых пластинах с помощью света - и наблюдайте, как это происходит.
«Вы можете использовать свет для изображения топографии, и вы можете использовать свет для скульптурирования топографии», - сказал профессор электротехники и вычислительной техники Габриэль Попеску. «Это может изменить будущее травления полупроводников».
Производителям микросхем и исследователям полупроводников необходимо очень точно контролировать размеры своих устройств. Размеры компонентов влияют на производительность, скорость, частоту ошибок и время до отказа.
Полупроводникам обычно придают форму путем травления химическими веществами. Ошибки травления, такие как остаточные слои, могут повлиять на возможность дальнейшей обработки и травления, а также снизить производительность устройства. Таким образом, исследователи используют трудоемкие и дорогостоящие процессы для обеспечения точного травления - для некоторых приложений с точностью до нескольких нанометров.
Новая методика исследователей из Иллинойса позволяет контролировать поверхность полупроводника во время ее травления в режиме реального времени с нанометровым разрешением. Он использует особый тип микроскопа, который использует два луча света для очень точного измерения рельефа.
«Идея состоит в том, что высоту конструкции можно определить по тому, как свет отражается от различных поверхностей», - сказал профессор электротехники и вычислительной техники Линфорд Годдард, который вместе с Попеску возглавлял группу. «Глядя на изменение высоты, вы определяете скорость травления. Это позволяет нам следить за ним во время травления. Это позволяет нам определять скорость травления как во времени, так и в пространстве, потому что мы можем определить скорость в каждом месте полупроводниковой пластины, которое находится в поле нашего зрения."
Новый метод быстрее, дешевле и менее шумный, чем широко используемые методы атомно-силовой микроскопии или сканирующей туннельной микроскопии, которые не могут контролировать процесс травления, а только сравнивают до и после измерений. Кроме того, новый метод является чисто оптическим, поэтому нет контакта с поверхностью полупроводника, и исследователи могут контролировать всю пластину сразу, а не точечно.
«Я бы сказал, что главное преимущество нашей оптической техники в том, что она не требует контакта», - сказал Попеску. «Мы просто посылаем свет, отраженный от образца, в отличие от АСМ, где вам нужно подойти с зондом близко к образцу».
В дополнение к наблюдению за процессом травления, свет катализирует сам процесс травления, называемый фотохимическим травлением. Традиционное химическое травление создает элементы в виде ступеней или плато. Для изогнутых поверхностей или других форм исследователи полупроводников используют фотохимическое травление. Обычно свет проходит через очень дорогие стеклянные пластины, называемые масками, которые имеют отчетливые узоры серого цвета, которые постепенно пропускают свет. Исследователь должен покупать или изготавливать маску для каждого изменения шаблона до тех пор, пока не будет получен правильный набор признаков.
Напротив, новый метод использует проектор для освещения изображения в градациях серого на гравируемом образце. Это позволяет исследователям быстро и легко создавать сложные шаблоны и корректировать их по мере необходимости.
«Создание каждой маски очень дорого. Это нецелесообразно для исследований», - сказал Годдард. «Поскольку наша техника управляется компьютером, она может быть динамичной. Таким образом, вы можете начать гравировать одну конкретную форму, на полпути понять, что вы хотите внести некоторые изменения, а затем изменить рисунок проектора, чтобы получить желаемый результат».
Исследователи предполагают, что эта технология будет применяться не только для травления, но и для мониторинга в реальном времени других процессов в науке о материалах и науках о жизни, например, для наблюдения за самосборкой углеродных нанотрубок или для отслеживания ошибок во время крупномасштабного производства компьютерных чипов. Это может помочь производителям чипов сократить затраты и время обработки, обеспечив постоянную калибровку оборудования.
Национальный научный фонд поддержал эту работу, опубликованную 28 сентября в журнале Light: Science and Applications. Годдард и Попеску также связаны с Институтом передовых наук и технологий Бекмана в Университете Иллинойса.
Аспиранты Крис Эдвардс и Амир Арбаби также были соавторами статьи.