Yarı iletken endüstrisinde katman hizalamasında yeni bir döneme giriliyor
Yarı iletken üretiminde en kritik ve zor aşamalardan biri olan çip katmanlarının hizalanması, geleneksel yöntemlerin ötesine geçmeye başladı. Massachusetts Amherst Üniversitesi’nden araştırmacılar, lazerler ve metalensler kullanarak atomik seviyede hassasiyet sağlayabilen yeni bir hizalama tekniği geliştirdi. Bu inovatif yaklaşım, özellikle yüksek yoğunluklu 3D çip tasarımlarında, çoklu yonga (chiplet) entegrasyonlarında ve dikey stackleme uygulamalarında devrim yaratabilir. Günümüzde, modern çip üretimi birçok karmaşık adım içerir ve bu adımlar sırasında katmanlar arasındaki mükemmel hizalama büyük önem taşır. Yaklaşık 4.000’den fazla üretim aşaması, farklı makineler ve teknolojiler kullanılarak gerçekleştirilir. Bu süreçte en kritik nokta, her katmanın alttaki katmanla kusursuz şekilde hizalanmasıdır — yani overlay doğruluğu. Mevcut teknolojiler, optik ölçüm sistemleri ve hizalama işaretleriyle bu doğruluğu sağlamakta olup, genellikle yaklaşık 2 ila 2,5 nanometrelik bir çözünürlük sınırına takılırlar. Ayrıca, farklı derinliklerdeki katmanlara aynı anda odaklanma kabiliyetleri sınırlıdır. Bu da özellikle dikey yığılmış (stacked) çipler ve gelişmiş 3D entegrasyonlarda ciddi sorunlara yol açar.
Metalens ve lazer teknolojilerinde yaşanan devrim UMass Amherst araştırmacılarının geliştirdiği yeni yöntemle mümkün hale geliyor. Bu yöntemde, özel tasarlanmış eşmerkezli metalensler çip yüzeyine yerleştirilir. Bu metalensler, lazer ışınıyla aydınlatıldığında, karmaşık holografik girişim desenleri oluşturur. Bu desenler, katmanlar arasındaki sapmanın yönü ve miktarını üç boyutta da yüksek hassasiyetle ortaya koyar. En dikkat çekici gelişme ise bu teknolojinin yatayda yalnızca 0.017 nanometre, dikeyde ise 0.134 nanometre gibi inanılmaz düşük sapmaları tespit edebilmesi. Bu seviyedeki hassasiyet, bilim insanlarının hedeflediği 100 nanometre seviyesinden çok daha üstün olup, günümüz optik mikroskoplarının çözünürlük sınırlarını da aşmayı başarır. Böylece, üretim sürecindeki hata payı büyük ölçüde azaltılır ve yeni nesil yüksek performanslı çiplerin üretimi kolaylaşır.
Ek olarak, bu yöntem, çip üretim ve 3D yonga entegrasyonunun en karmaşık ve maliyetli aşamalarını basitleştirerek, üretim maliyetlerini önemli ölçüde düşürebilir. Ancak, her yeni teknolojide olduğu gibi, bu yöntemin yaygın kullanımını engelleyen bazı zorluklar da mevcut. Özellikle, mevcut litografi makineleri, bağlama ve TSV (Through-Silicon Via) teknolojileriyle entegrasyonunun sağlanıp sağlanamayacağı henüz netlik kazanmış değildir. Eğer bu teknolojilerin mevcut üretim altyapısına entegre edilmesi mümkün olmazsa, yüksek hassasiyetli hizalama teknolojisinin yaygınlaşması uzun vadede sınırlı kalabilir. Buna rağmen, bilim dünyası ve sektör temsilcileri, bu gelişmenin yarı iletken endüstrisinde yeni bir çağ açacağı konusunda hemfikirdir.
