Ny metode overvåger halvlederætsning, mens den sker - med lys

(Phys.org) – Forskere fra University of Illinois har en ny billig metode til at skære sarte træk på halvlederwafere ved hjælp af lys – og se, hvordan det sker.

"Du kan bruge lys til at forestille topografien, og du kan bruge lys til at skulpturere topografien, " sagde professor i elektrisk og computeringeniør Gabriel Popescu. "Det kan ændre fremtiden for halvlederætsning."

Chipmagere og halvlederforskere skal meget præcist kontrollere dimensionerne af deres enheder. Komponenternes dimensioner påvirker ydeevnen, hastighed, fejlprocent og tid til fejl.

Halvledere formes almindeligvis ved ætsning med kemikalier. Ætsningsfejl, såsom resterende lag, kan påvirke evnen til yderligere at behandle og ætse samt hæmme enhedens ydeevne. Dermed, forskere bruger tidskrævende og dyre processer for at sikre præcis ætsning – for nogle applikationer, til inden for få nanometer.

Illinois-forskernes nye teknik kan overvåge en halvleders overflade, når den ætses, i realtid, med nanometer opløsning. Den bruger en speciel type mikroskop, der bruger to lysstråler til meget præcist at måle topografi.

"Idéen er, at højden af ​​strukturen kan bestemmes, når lyset reflekteres fra de forskellige overflader, " sagde professor i elektro- og computeringeniør Lynford Goddard, som ledte gruppen sammen med Popescu. "Når man ser på ændringen i højden, du finder ud af ætsningshastigheden. Hvad dette giver os mulighed for er at overvåge det, mens det ætser. Det giver os mulighed for at finde ud af ætsningshastigheden både på tværs af tid og på tværs af rum, fordi vi kan bestemme hastigheden på hvert sted inden for halvlederwaferen, der er i vores synsfelt."

Den nye metode er hurtigere, lavere omkostninger, og mindre støjende end de udbredte metoder til atomkraftmikroskopi eller scanning tunneling mikroskopi, som ikke kan overvåge igangværende ætsning, men kun sammenligner før og efter målinger. Ud over, den nye metode er rent optisk, så der er ingen kontakt med halvlederoverfladen, og forskerne kan overvåge hele waferen på én gang i stedet for punkt for punkt.

"Jeg vil sige, at den største fordel ved vores optiske teknik er, at den ikke kræver kontakt, " sagde Popescu. "Vi sender bare lys, afspejlet i prøven, i modsætning til en AFM, hvor du skal komme med en sonde tæt på prøven."

Ud over at overvåge ætseprocessen, lyset katalyserer selve ætsningsprocessen, kaldet fotokemisk ætsning. Traditionel kemisk ætsning skaber funktioner i trin eller plateauer. Til buede overflader eller andre former, halvlederforskere bruger fotokemisk ætsning. Som regel, lys skinner gennem meget dyre glasplader kaldet masker, der har tydelige mønstre af gråt for at slippe lys igennem gradvist. En forsker skal købe eller lave en maske for hver tweak af et mønster, indtil det korrekte mønster af funktioner er opnået.

Derimod den nye metode bruger en projektor til at skinne et gråtonebillede på prøven, der ætses. Dette giver forskerne mulighed for at skabe komplekse mønstre hurtigt og nemt, og justere dem efter behov.

"Det er meget dyrt at lave hver maske. Det er upraktisk for forskning, "Goddard sagde." Fordi vores teknik styres af computeren, det kan være dynamisk. Så du kan begynde at ætse en bestemt form, midtvejs indse, at du ønsker at lave en forandring, og derefter ændre projektormønsteret for at få det ønskede resultat. "

Forskerne forestiller sig, at denne teknologi anvendes ud over ætsning, til realtidsovervågning af andre processer inden for materialevidenskab og life science – f.eks. se kulstof nanorør samle sig selv, eller fejlovervågning under storstilet computerchipfremstilling. Det kunne hjælpe chipproducenter med at reducere omkostninger og behandlingstid ved at sikre, at udstyret forbliver kalibreret.