Super nøjagtig sensor kan føre til at producere endnu mindre chips

Elektroingeniør Stefanos Andreou byggede en sensor med en ekstraordinær nøjagtighed på mindre end et atom.

For at lave hurtigere computere, du skal bruge mindre chips. Den Cypern-fødte ph.d.-kandidat Stefanos Andreou byggede en sensor, med hvilken deformationer, der måler mindre end bredden af ​​et atom, kan måles. Chipmaskinbygger ASML kan muligvis bruge denne teknologi til at forbedre præcisionen af ​​sine maskiner.

Ved at bruge ASMLs nyeste maskiner, Der kan fremstilles computerchips, hvis detaljer ikke måler mere end en håndfuld nanometer. Ingen ringe præstation, når man tænker på, at en million nanometer passer ind i en enkelt millimeter. De elektriske kredsløb på en chip som denne fremstilles ved hjælp af litografi:et mønster ætses på en skive silicium ved hjælp af ultraviolet lys. Da chipproduktion kræver stabling af flere mønstre oven på hinanden, placeringen af ​​siliciumskiven (bedre kendt som en wafer) er et spørgsmål om stor præcision.

Selv den mindste deformation af wafers forårsager problemer, forklarer doktorand Stefanos Andreou. "Disse wafers er faktisk ret stive, men fordi de flyttes rundt med så stor hastighed, de er udsat for g-kræfter, der deformerer dem lidt. Måling af denne deformation giver ASML mulighed for at kompensere for den på en eller anden måde, og åbner muligheden for at producere endnu mindre chips. "Dette fik cyprioterne til at dedikere sit ph.d. -arbejde til at designe en speciel sensor, baseret på en glasfiber, i stand til at måle disse deformationer på cirka en nanometer pr. meter.

Ekstraordinær nøjagtighed

Tanken bag denne supernøjagtige sensor er, at afvigelser i laserlysets frekvens kan måles med ekstraordinær nøjagtighed - et princip, der anvendes i det såkaldte Fiber Bragg-gitter - en slags glasfiber, der er behandlet på en sådan måde, at den bliver uigennemsigtig for en meget specifik farve (læs:frekvens) af lys. Denne resonansfrekvens, som den kaldes, afhænger af i hvor høj grad fiberen strækkes.

Følgelig, en Fiber Bragg-rist (FBG), påføres de bevægelige dele i chipmaskinen, kan bruges som et mål for waferens deformation, forklarer Andreou. Assisteret af masterstuderende Roel van der Zon, selv nu ph.d. kandidat i Valencia, Andreou testede et målesystem baseret på denne type FBG-sensor i laboratoriet. "I praksis ville ASML have brug for snesevis af disse sensorer, men det er ikke noget problem:De kan produceres billigt og vejer næsten ingenting."

Doktoranden er ivrig efter at påpege, at den præcision, de opnåede på 5 nanometer pr. Meter, betyder, at der i selve sensoren - kun få centimeter i længden - kan måles en deformation af et par dusin picometre. "Det er mindre end atomets diameter!" Inden dette usandsynlige niveau af nøjagtighed kunne opnås, imidlertid, en række problemer skulle løses.

Temperatur

For det første, sofistikerede stabiliseringsteknikker var nødvendige for at sikre, at det anvendte laserlys - genereret af en fotonisk chip produceret af Smart Photonics, et spin-off af forskergruppen Photonic Integration, hvor Andreou foretog sin forskning - havde præcis den rigtige frekvens. Men den største udfordring var måske det faktum, at sensorens resonansfrekvens ikke kun afhænger af deformationen, men også temperaturen. "Den effekt er faktisk meget større, " forklarer Andreou. "Når temperaturen ændres med en tusindedel af en grad celsius, det forårsager en afvigelse i målingen svarende til ti nanometer deformation pr. meter. "

For at kompensere for de uundgåelige temperaturudsving, Andreou opdelte laserlyset, der blev brugt til målingen, i to komponenter:"For hver af disse komponenter, eller polarisationstilstande, fiberen viser et andet forhold mellem temperatur og resonansfrekvens." Dette ophæver effekten af ​​temperaturen, gør det muligt at bestemme deformationen meget præcist. Cirka ti gange mere præcist end det plejede at være muligt, ifølge doktoranden. "Og når først systemet er fuldt optimeret, det burde være muligt at forbedre det."

Men cyprioten selv er ikke længere fokuseret på denne udfordring; han arbejder nu som postdoc på TU Delft. "ASML leverede noget af det udstyr, der blev brugt i mit projekt, og nu er et opfølgningsprojekt med ASML i gang. Så mit arbejde bygges videre på."