Tampilan ke depan: Para peneliti di University of Massachusetts Amherst telah mengembangkan teknik berbasis laser untuk menyelaraskan chip semikonduktor 3D, yang berpotensi mengatasi tantangan lama dalam manufaktur chip. Metode ini menggunakan logam konsentris untuk menghasilkan hologram yang mengungkapkan ketidaksejajaran antara lapisan chip pada skala yang jauh lebih kecil dari yang mungkin.
Chip semikonduktor secara tradisional diproduksi dalam dua dimensi. Tetapi karena perangkat menjadi lebih kuat dan kompak, industri ini semakin beralih ke desain chip 3D, yang melibatkan penumpukan beberapa lapisan 2D. Pendekatan ini memperkenalkan tantangan teknis yang signifikan – terutama, kebutuhan untuk menyelaraskan setiap lapisan dengan presisi ekstrem. Bahkan sedikit misalignment dapat membahayakan kinerja chip.
Pendekatan tradisional untuk menyelaraskan dua lapisan adalah untuk melihat dengan mikroskop untuk tanda, seperti sudut atau garis silang, pada dua lapisan dan mencoba untuk tumpang tindih, kata Amir Arbabi, profesor teknik listrik dan komputer di UMass Amherst dan penulis senior penelitian.
Namun, proses berbasis mikroskop ini dibatasi oleh kesenjangan fisik antara lapisan dan kebutuhan untuk memfokuskan kembali, yang sebenarnya dapat menyebabkan chip bergeser dan tidak menyelaraskan lebih lanjut. Mikroskop tidak dapat melihat kedua garis silang secara fokus sekaligus karena celah antara lapisan adalah ratusan mikron. Gerakan yang diperlukan untuk memfokuskan kembali antar lapisan dapat menyebabkan perpindahan chip, jelas Maryam Ghahremani, penulis utama penelitian ini.
Mikroskop juga dibatasi oleh batas difraksi, yang membatasi fitur terkecil yang dapat diselesaikan menjadi sekitar 200 nanometer.
Metode baru yang dikembangkan di UMass Amherst memotong kendala ini. Dengan menanamkan tanda penyelarasan yang terbuat dari metalenses konsentris ke setiap chip dan menyinari laser melalui mereka, para peneliti menghasilkan dua hologram yang mengganggu. Pola interferensi yang dihasilkan memberikan isyarat visual langsung tentang penyelarasan chip, termasuk arah dan besarnya ketidakselarasan apa pun.
“Gambar gangguan ini menunjukkan jika chip diselaraskan atau tidak, serta arah dan jumlah ketidaksejajaran mereka,” kata Ghahremani.
Presisi sistem melebihi harapan awal. Sementara tim awalnya bertujuan untuk akurasi 100-nanometer, metode ini mampu mendeteksi misalignment sekecil 0,017 nanometer di sepanjang sumbu horizontal dan 0,134 nanometer di sepanjang sumbu vertikal. “Pertimbangkan Anda memiliki dua objek. Dengan melihat cahaya yang melewati mereka, kita dapat melihat apakah satu digerakkan oleh ukuran atom sehubungan dengan yang lain,” kata Arbabi.
Tingkat ketepatan ini dapat memiliki implikasi besar bagi industri semikonduktor, di mana kesalahan penyelarasan tetap menjadi tantangan yang persisten dan mahal. Mengurangi hambatan teknis dan keuangan untuk penyelarasan chip yang sangat tepat dapat membuat manufaktur canggih lebih mudah diakses oleh perusahaan dan startup yang lebih kecil.
Para peneliti juga menyarankan bahwa teknik ini dapat disesuaikan untuk sensor kompak dan berbiaya rendah. “Banyak jumlah fisik yang ingin Anda deteksi dapat diterjemahkan ke perpindahan, dan satu -satunya hal yang Anda butuhkan adalah laser sederhana dan kamera,” kata Arbabi. Aplikasi dapat mencakup sensor tekanan, detektor getaran, dan perangkat lain yang memantau pergerakan atau perubahan lingkungan.