(Phys.org)—Forskare från University of Illinois har en ny billig metod för att skära in känsliga detaljer på halvledarskivor med hjälp av ljus – och se hur det händer.

"Du kan använda ljus för att avbilda topografin och du kan använda ljus för att skulptera topografin, " sa professor i elektrisk och datateknik Gabriel Popescu. "Det kan förändra framtiden för halvledaretsning."

Chiptillverkare och halvledarforskare måste mycket exakt kontrollera dimensionerna på sina enheter. Komponenternas dimensioner påverkar prestanda, fart, felfrekvens och tid till fel.

Halvledare formas vanligtvis genom etsning med kemikalier. Etsningsfel, såsom restlager, kan påverka förmågan att vidarebearbeta och etsa samt hämma enhetens prestanda. Således, forskare använder tidskrävande och kostsamma processer för att säkerställa exakt etsning – för vissa tillämpningar, inom ett fåtal nanometer.

Illinois-forskarnas nya teknik kan övervaka en halvledares yta när den etsas, i realtid, med nanometerupplösning. Den använder en speciell typ av mikroskop som använder två ljusstrålar för att mycket exakt mäta topografi.

"Tanken är att höjden på strukturen kan bestämmas när ljuset reflekteras från de olika ytorna, " sa professor i el- och datateknik Lynford Goddard, som ledde gruppen tillsammans med Popescu. "När man ser på förändringen i höjd, du räknar ut etsningshastigheten. Vad detta tillåter oss att göra är att övervaka det medan det etsar. Det låter oss räkna ut etsningshastigheten både över tid och över rymden, eftersom vi kan bestämma hastigheten på varje plats inom halvledarskivan som finns i vårt synfält."

Den nya metoden är snabbare, lägre kostnad, och mindre bullriga än de allmänt använda metoderna för atomkraftsmikroskopi eller scanning tunnelmikroskopi, som inte kan övervaka pågående etsning utan endast jämföra före och efter mätningar. Dessutom, den nya metoden är rent optisk, så det finns ingen kontakt med halvledarytan och forskarna kan övervaka hela wafern på en gång istället för punkt för punkt.

"Jag skulle säga att den största fördelen med vår optiska teknik är att den inte kräver någon kontakt, " sa Popescu. "Vi sänder bara ljus, reflekteras av provet, till skillnad från en AFM där du måste komma med en sond nära provet."

Förutom att övervaka etsningsprocessen, ljuset katalyserar själva etsningsprocessen, kallas fotokemisk etsning. Traditionell kemisk etsning skapar drag i steg eller platåer. För krökta ytor eller andra former, halvledarforskare använder fotokemisk etsning. Vanligtvis, ljuset lyser genom mycket dyra glasplattor som kallas masker som har distinkta mönster av grått för att släppa igenom ljus gradvis. En forskare måste köpa eller göra en mask för varje justering av ett mönster tills det korrekta mönstret av funktioner uppnås.

Däremot den nya metoden använder en projektor för att lysa en gråskalebild på provet som etsas. Detta gör det möjligt för forskarna att snabbt och enkelt skapa komplexa mönster, och justera dem efter behov.

"Att skapa varje mask är väldigt dyrt. Det är opraktiskt för forskning, ", sa Goddard. "Eftersom vår teknik styrs av datorn, det kan vara dynamiskt. Så du kan börja etsa en viss form, halvvägs inse att du vill göra någon förändring, och ändra sedan projektorns mönster för att få önskat resultat."

Forskarna föreställer sig att denna teknik tillämpas bortom etsning, till realtidsövervakning av andra processer inom materialvetenskap och life science – t.ex. se kolnanorör montera själv, eller felövervakning vid storskalig datorchipstillverkning. Det kan hjälpa chiptillverkarna att minska kostnaderna och bearbetningstiden genom att se till att utrustningen förblir kalibrerad.