Geleceğin çipleri için atomik ölçekte hizalama dönemi başlıyor

Yarı iletken endüstrisinde çip üretiminin en zorlu aşamalarından biri olan katman hizalamasında devrim niteliğinde bir gelişme yaşanıyor. Massachusetts Amherst Üniversitesi’nden bilim insanları, lazerler ve metalensler kullanarak atomik hassasiyette hizalama sağlayabilen yeni bir yöntem geliştirdiklerini duyurdu. SciTechDaily tarafından aktarılan bu yenilik, özellikle 3D çip tasarımlarında ve çoklu yonga (chiplet) entegrasyonlarında oyun değiştirici bir rol oynayabilir.

Modern çip üretimi, her biri çok sayıda üretim adımı içeren karmaşık bir süreçtir. Özellikle mantık devreleri içeren wafer’larda, yaklaşık 4.000 farklı üretim aşaması çeşitli makineler tarafından gerçekleştirilir. Bu süreçte, bir katmanın alttakiyle mükemmel şekilde hizalanması — yani overlay accuracy — en kritik konulardan biridir.

Mevcut teknolojiler bu hizalamayı optik ölçüm sistemleri, hizalama işaretleri ve kapalı döngü kontrol mekanizmalarıyla sağlar. Ancak bu sistemlerin yaklaşık 2 – 2,5 nanometrelik bir çözünürlük sınırı ve farklı derinliklerdeki katmanlara aynı anda odaklanamamak gibi ciddi kısıtlamaları bulunuyor. Bu da özellikle dikey istifli (stacked) çip tasarımlarında sorun yaratabiliyor.

Metalens ve lazerle gelen devrim

UMass Amherst araştırmacılarının önerdiği yöntem, özel olarak tasarlanmış eşmerkezli metalenslerin çip yüzeyine yerleştirilmesini içeriyor. Bu lensler bir lazer ışınıyla aydınlatıldığında holografik girişim desenleri oluşturuyor. Oluşan desenler, çip katmanları arasındaki sapmanın yönünü ve miktarını üç boyutta da ortaya koyabiliyor.

En dikkat çekici bulgu ise bu yöntemin yatayda sadece 0.017 nanometre, dikeyde ise 0.134 nanometre gibi olağanüstü düşük sapmaları algılayabilmesi. Bu, yalnızca bilim insanlarının orijinal hedefleri olan 100 nanometre hassasiyetini aşmakla kalmıyor, aynı zamanda günümüz optik mikroskoplarının çözünürlük sınırlarını da geride bırakıyor. Ayrıca, yöntemin çip üretimi ve 3D çip entegrasyonundaki en karmaşık adımlardan birini basitleştirerek üretim maliyetlerini düşürebileceğine inanıyorlar.

Ancak her teknolojik atılımda olduğu gibi, bu yöntemin de önünde bazı engeller var. Sistemin mevcut litografi, bağlama ve TSV (Through-Silicon Via) gibi üretim araçlarıyla entegre edilip edilemeyeceği hâlâ net değil. Eğer entegrasyon mümkün olmazsa, bu çığır açıcı teknolojinin yarı iletken üretiminde yaygınlaşması zor olabilir.