הטכניון פיתח שיטה חדשה לבדיקת שבבים

6 מאי, 2020

החוקרים מהמעבדה של פרופ' חסמן פיתחו טכנולוגיה המשלבת ננואופטיקה ומגנטיות לאבחון אי-דיוקים בייצור שבבים. מאפשרת לבצע בדיקות מדוייקות בלא צורך להשתמש במיקרוסקופ אלקטרוני. בשורה חשובה לתעשיית המטרולוגיה

בתמונה למעלה: הפעלת שדה מגנטי על מבנה ננומטרי לא אחיד. מדידת אי-האחידות במבנה בסקאלה הננומטרית מבוצעת על ידי אפקט ספין הול אופטי – מדידת פיצול הספינים של הפוטונים המפוזרים מהמבנה בעזרת “מדידה חלשה” . הסביבונים (הכחול והאדום) מייצגים את שני כיווני הספינים – דרגת הסחרור של הפוטונים המפוזרים. (קרדיט איור: Ella Maru Studio)

חוקרים מקבוצת המחקר של פרופ’ ארז חסמן, ראש המעבדה לננואופטיקה בטכניון, פיתחו שיטה חדשה לבדיקת האיכות של ייצור השבבים ברמת דיוק ננומטרית, המבוססת על אינטראקציה בין אור וחומר ושדות מגנטיים. השימוש ברכיבים המיוצרים במימדים ננומטריים מחייב בקרת איכות יציור חמורה מאוד, מכיוון שאי-דיוק בקנה מידה של ננומטרים ספורים גורם לכשל בפעילות השבב. כיום נבדקת איכות השבבים בתעשיית המיקרו-ננואלקטרוניקה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני, המצריך את הכנסת השבב לתא ואקום עמוק. זהו תהליך ארוך ומורכב שאינו מאפשר בקרת ייצור בקנה מידה רחב.

בקרת איכות הנעשית באמצעות אופטיקה מתגברת על הבעיה הזו – המדידה נעשית ללא ואקום והיא מהירה – אך אינה מדוייקת מספיק מכיוון שאורך גל האור גדול מהמבנים הננומטריים שהוא מודד. הפתרון שמצאה קבוצת המחקר של פרופ’ חסמן מבוסס על מדידת שדות מגנטיים ותופעות פיסיקליות מתחום האינטראקציה של אור וחומר. שבב אלקטרוני מורכב מאלמנטים ננומטריים במחזוריות קטנה מאורך הגל. לכן אם נאיר על השבב, האור המוחזר ממנו או מועבר דרכו לא יאפשר למדוד את הפיזור הננומטרי, שהוא הפרמטר הקריטי לתפקוד השבב.

פריצת הדרך של החוקרים מבוססת על הפעלת שדה מגנטי במיקרוסקופ אופטי, והארה של אור מקוטב על תתי-מבנים פרו-מגנטיים לא אחידים. כך נוצר פיצול זוויתי של קרן האור, והיא מוחזרת כשתי קרניים עם קיטובים מעגליים (ספינים, או דרגת הסחרור של הפוטון). הפיצול הזוויתי קטן מאוד ולכן השתמשו החוקרים בשיטה הנקראת “מדידה חלשה”, שהוצעה על-ידי פרופ’ יקיר אהרונוב מאוניברסיטת תל אביב לצורך ביצוע מדידות קוונטיות.

המחקר בוצע והובל על ידי ד”ר בו וונג Dr. Bo Wang) ) בשיתוף החוקרים ד”ר קישו רונג (Dr. Kexiu Rong), ד”ר אלחנן מגיד וד”ר ולדימיר קליינר. התוצאות התפרסמו במאמר מדעי בכתב העת Nature Nanotechnology. במחקר תמכו הקרן הלאומית למדע (ISF), משרד המדע והטכנולוגיה, הקרן הדו-לאומית ארה”ב-ישראל (BSF), הטכניון ולשכת המחקר של חיל האוויר האמריקאי. הרכיבים יוצרו במרכז לננו-אלקטרוניקה ע”ש שרה ומשה זיסאפל (MNFU) בטכניון.

יישום תעשיית של הטכנולוגיה החדשה יכול ייצר סוג חדש של מערכות מטרולוגיה לבדיקת האיכות של חצאי-מוליכים, שכן הוא מאפשר שימוש במתודות אופטיות המספקות רמת דיוק של מיקרוסקופ אלקטרוני. בישראל, תעשיית המטרולוגיה היא אחד מהמגזרים החזקים ביותר של תעשיית הסמיקונדקטורס הישראלית. בארץ פועלות חברות מובילות בתחום כמו נובה, קמטק והמרכזים המקומיים של KLA ואפלייד מטיריאלס. על-פי הערכות בתעשייה, המכירות מערכות מטרולוגיה המיוצרות בישראל אחראיות לכשליש מהמכירות בשוק המטרולוגיה העולמי.

אתר המעבדה: hasman.technion.ac.il

לקריאת המאמר:

Probing nanoscale fluctuation of ferromagnetic meta-atoms with a stochastic photonic spin Hall effect

Share via Whatsapp

פורסם בקטגוריות: חדשות