أخبار ar.wedoany.com، يمكن لهذا التصميم أن يلغي تأثير القناع البصري ثلاثي الأبعاد (3D mask effect) المزعج، ويحسن دقة الطباعة الحجرية، مما يتيح تصنيع رقائق أصغر حجماً بتكلفة أقل.

من مراكز البيانات التي تدعم الجيل الجديد من الذكاء الاصطناعي، إلى الأجهزة الطبية الحيوية، والسيارات، والأجهزة المحمولة أو الحواسيب، تُعد الرقائق القائمة على أشباه الموصلات مكوناً أساسياً لا غنى عنه في الحياة العصرية.

مع تطور التكنولوجيا والارتفاع المستمر في متطلبات استهلاك الطاقة، يسعى الباحثون إلى تطوير رقائق أصغر حجماً، الأمر الذي يتطلب تصميم دوائر دقيقة على مقياس النانومتر الواحد. تفتح تقنيات مثل الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى (EUV) آفاقاً جديدة لتحقيق الرقائق المصغرة، لكنها تواجه تحديات فيزيائية وهندسية وتكاليفية كبيرة تحد من تطبيقها الحالي وإنتاجها بكميات تجارية.

نشر البروفيسور تسومورو شينتاكي من جامعة الدراسات العليا للعلوم والتكنولوجيا في أوكيناوا (OIST) في اليابان بحثاً في مجلة "Journal of Micro/Nanopatterning, Materials, and Metrology" يقترح إعادة تصميم جذري لنظام الإضاءة والعدسات الشيئية المستخدمة في الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى عالية الفتحة العددية (High-NA EUV). تظهر نتائج المحاكاة أن هذا التصميم يمكنه إلغاء تأثير القناع البصري ثلاثي الأبعاد المزعج، وتحسين دقة الطباعة الحجرية، مما يتيح تصنيع رقائق أصغر حجماً بتكلفة أقل مقارنة بعمليات EUV الحالية.

يقول تسومورو شينتاكي: "تبلغ تكلفة آلة الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى الواحدة حالياً مئات الملايين من اليوروهات. تصميمي الجديد يمكنه تحقيق تحضير أنماط دقيقة بحجم 2-3 نانومتر بتكلفة أقل بكثير من أحدث الموديلات التجارية المتطورة حالياً."

في سياق تزايد الطلب من صناعة الذكاء الاصطناعي، شرح البروفيسور قيمة التطبيقات النهائية للرقائق شبه الموصلة المصغرة. "تتوقع وكالة الطاقة الدولية أن يتضاعف استهلاك الكهرباء في مراكز البيانات بحلول عام 2030، مدفوعاً بتطبيقات عالية الاستهلاك للطاقة مثل الوكلاء الأذكياء. أما الرقائق المصنعة بتقنية الطباعة الحجرية عالية الفتحة العددية، فستتمتع بكثافة أعلى لتكامل المكونات، ومسافة أقصر لنقل الإشارات في الدوائر، مما يقلل من فقدان الطاقة إلى أقصى حد ويخفض استهلاك الكهرباء لكل عملية حسابية."

يضيف تسومورو شينتاكي: "هذه الرقائق عالية الكثافة ستولد حرارة أقل أيضاً، مما يقلل من الطاقة اللازمة لأنظمة التبريد المرافقة. من المتوقع أن يساهم هذا التحسين التقني في خفض الحمل الكهربائي الإجمالي لمراكز البيانات بشكل كبير."

ما هي الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى؟ شرح مبسط لكيفية تشكيل رقائق أشباه الموصلات

تولد تقنية الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى أشعة بطول موجي يبلغ 13.5 نانومتر فقط. يتم توجيه الحزمة الضوئية إلى نظام الإضاءة ثم تسليطها على قناع طباعة حجري عاكس يحمل قالباً كاملاً لخريطة الدائرة الكهربائية. تمر الحزمة الضوئية المنعكسة الحاملة للنمط عبر عدسات شيئية، تعمل على تصغير وتركيز النمط باستخدام مجموعة من المرايا العاكسة، لتسقط على سطح رقاقة السيليكون. لاحقاً، يتم نقش نمط الدائرة على رقاقة السيليكون من خلال سلسلة من العمليات.

لتحقيق دوائر ذات تكامل أعلى، بدأت الصناعة في التوجه نحو تقنية الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى عالية الفتحة العددية. تحدد الفتحة العددية (NA) نطاق زاوية استقبال وإرسال الضوء للنظام البصري؛ فكلما زادت الفتحة العددية، زاد النطاق الزاوي للضوء الذي يمكن التقاطه، مما يمكن العدسة من تمييز أنماط أدق. نظرياً، تتناسب دقة الطباعة الحجرية (أصغر حجم نمط يمكن تمييزه) عكسياً مع الفتحة العددية، فالفتحة العددية الأعلى تمنح الرقاقة قدرة أدق على التشكيل بالطباعة الحجرية.

في المراحل الأولى من أبحاث الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى في تسعينيات القرن الماضي، استكشف الباحثون بنى بصرية محورية عالية الفتحة العددية مشابهة لفكرة تسومورو شينتاكي، حيث يتم ترتيب القناع والعدسات الشيئية ورقاقة السيليكون على محور واحد. هذا الهيكل المحوري بسيط، لكن الباحثين في ذلك الوقت لم يتمكنوا من حل مشاكل تشوه الصورة وعدم وضوحها وأنواع مختلفة من الأخطاء البصرية التي تتفاقم مع زيادة الفتحة العددية.

للتغلب على هذه المشاكل، حاول تسومورو شينتاكي في البداية استخدام مجموعة من المرايا المحدبة والمقعرة كعدسات شيئية. بعد تحسينات متكررة، تطور التصميم ليصبح هيكلاً ضوئياً من مرحلتين، كل مرحلة مزودة بمجموعة من المرايا المحدبة والمقعرة.

لم تكن نتائج المحاكاة الأولية مرضية، لكنه اكتشف لاحقاً أن ترتيب مجموعات متعددة من المرايا بدقة، من خلال انعكاسات ضوئية متعددة، يمكنه معادلة أنواع مختلفة من الانحرافات البصرية مع الحفاظ على أداء الفتحة العددية العالية. بعد أشهر من الحسابات المكثفة باستخدام برنامج المحاكاة البصرية OpTaliX، تمكن من تحديد الانحناء المثالي ومواضع المرايا لتحقيق فتحة عددية عالية مع ضمان جودة التصوير.

نحو إنتاج كمي قابل للتوسع لأشباه الموصلات

وكما هو الحال مع جميع المشاريع البحثية، لا يزال لهذا التصميم بعض القيود: افترضت هذه المحاكاة أن المرايا تحقق انعكاسية بنسبة 100% وبدون أي عيوب، وسيتطلب الانتقال من نموذج المحاكاة إلى جهاز فعلي الكثير من التحسينات الهندسية المتخصصة. بناء نموذج أولي فعلي هو الخطوة الأساسية التالية للفريق، وقد بدأت المجموعة البحثية بالفعل في تطوير أجهزة EUV، بهدف صنع آلة طباعة حجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى منخفضة التكلفة وعالية الأداء.

يخلص تسومورو شينتاكي إلى القول: "يمكن لهذا التصميم أن يبسط بشكل كبير هيكل أجهزة الفتحة العددية العالية ويخفض تكاليف التصنيع، مما يفتح آفاقاً جديدة لتطوير صناعة أشباه الموصلات. نحن قادرون على تطوير آلات طباعة حجرية بتكلفة لا تتجاوز ربع تكلفة الأجهزة التجارية الحالية. بالاعتماد على تقنية طباعة حجرية أكثر دقة، يمكننا تحضير رقائق ذاكرة ذات تكامل أعلى ورقائق منطقية ذات كفاءة طاقة أفضل. قد تحمل هذه التقنية قيمة اجتماعية تحويلية، حيث تدعم مراكز البيانات وتطور الجيل القادم من صناعة الذكاء الاصطناعي، وتجعل سرعة معالجة مختلف الأجهزة الإلكترونية أسرع، واستهلاكها للطاقة أقل، كما قد تنخفض تكاليف استخدامها على المدى الطويل."

تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com