La produzione di chip si sta avvicinando ai 10 nanometri e nei prossimi cinque anni probabilmente si arriverà a 7 nanometri, se non su dimensioni ancora inferiori. Si tratta di livelli di miniaturizzazione avanzatissimi, difficili da comprendere per un profano, tanto che stanno mettendo a dura prova gli strumenti di misura usati per monitorare la produzione dei chip.
Questo, unitamente alla maggiore complessità delle architetture, ha portato Intel a collaborare con il National Institute of Standards & Technology (NIST) su nuove soluzioni di misura. I ricercatori delle due realtà sono riusciti di recente a usare una tecnica di X-ray scattering per misurare i componenti dei chip con una risoluzione all'interno di frazioni di nanometro.
Sviluppare tecniche produttive avanzate è in cima alla lista dell'intero settore produttivo, ma creare strumenti e tecniche per verificare con mano i progressi non è certamente meno importante. Il traguardo raggiunto da NIST e Intel "potrebbe rendere la tecnologia sperimentale CDSAXS (critical-dimension small angle X-ray scattering) un contendente di punta nella gara per sviluppare strumenti di controllo dei processi in-line per misurare le caratteristiche infinitamente piccole sui chip di nuova generazione dei computer".
"L'industria dei semiconduttori è a corto di metodi di misurazione che funzionino in modo non distruttivo sulle loro nanostrutture di prossima generazione", ha dichiarato lo scienziato del NIST Joseph R. Kline. "Queste sono di gran lunga le più piccole e complesse nanostrutture caratterizzate da CDSAXS. I risultati mostrano che CDSAXS ha la risoluzione per soddisfare i requisiti della metrologia di nuova generazione".
Per mettere a punto la nuova tecnica di misura i ricercatori si sono avvalsi di wafer in silicio realizzati da Intel con una matrice periodica di linee asimmetriche. La matrice è stata creata con un metodo chiamato pitch quartering, che quadruplica il numero di linee d'interconnessione in uno spazio che normalmente ne ospita una sola.
L'insieme intricato di linee è stato ottenuto usando i molteplici passaggi di patterning oggi impiegati dai produttori di chip per creare caratteristiche che vadano oltre le capacità delle apparecchiature di stampa esistenti (basate sulla luce). Ottenere misurazioni precise è fondamentale in tali passaggi: disallineamenti durante il processo di patterning sequenziale possono causare errori sistematici, o difetti, nel chip.
Un problema preoccupante è il pitch error, ossia variazioni nella distanza tra un bordo della linea e quella successiva. Nel campione realizzato per l'occasione le linee (simili a pinne di squalo) erano larghe 12 nanometri. Lo spazio tra le linee varia impercettibilmente - meno di 0,5 nanometri - rispetto al pitch di 32 nanometri. Le misure CDSAXS dei pitch error periodici (ossia le deviazioni rispetto ai 32 nanometri) si sono dimostrate accurate entro 0,1 nanometri.
Gli strumenti odierni per la misura dimensionale si affidano a luce visibile e ultravioletta con lunghezze d'onda molto più grandi rispetto alle caratteristiche misurate con il nuovo metodo. I raggi X usati in CDSAXS hanno una lunghezza d'onda inferiore a 0,1 nanometri, molto più piccola delle dimensioni dei componenti dei futuri chip. CDSAXS sfrutta la lunghezza d'onda ridotta dei raggi X e la loro sensibilità alla differente densità degli elettroni nei materiali che colpiscono. La tecnica ha il vantaggio che funziona con le strutture di test già in essere da parte dei produttori di semiconduttori.
CDSAXS non restituisce l'equivalente di una radiografia. Piuttosto, un rilevatore acquisisce i modelli di raggi X dispersi dagli elettroni nella nanostruttura. In seguito i dati raccolti sono dati in pasto a un computer che risolve la forma originale. "I risultati ottenuti dovrebbero dare ulteriore slancio agli sforzi per sviluppare fonti compatte di raggi X con l'intensità necessaria per il CDSAXS in linea all'interno degli impianti di produzione di semiconduttori", hanno dichiarato i ricercatori.
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