Planarizzazione dei wafer basata su getto d'inchiostro: la soluzione microscopica a un enorme problema legato ai chip elettronici

In generale, siamo tutti portati a concentrarci sulla visione d'insieme. Ogni grande innovazione tecnologica, e di recente ce ne sono state molte, arriva fino ai nostri feed e alle chiacchiere informali tra colleghi. Ma non accadano all'improvviso, e questo è un aspetto che conosciamo molto bene. Infatti, il nostro team di scienziati, lavorando dietro le quinte, si impegna a risolvere problemi di cui la maggior parte delle persone non è a conoscenza, ma che potrebbero cambiare radicalmente il corso della tecnologia.

Sapete che da oltre mezzo secolo siamo specializzati nella produzione e vendita di macchine che realizzano i "cervelli" dei nostri dispositivi elettronici? Quindi, ne sappiamo qualcosa sui chip a semiconduttori! Di recente, abbiamo aiutato il mondo a compiere un ulteriore passo avanti verso la risoluzione di un problema importante, anche se minuscolo: come semplificare la produzione dei potenti chip informatici di cui abbiamo bisogno nell'era dell'intelligenza artificiale?

Devono anche diventare più potenti, per far fronte al livello di elaborazione di cui il nostro mondo ha sempre più bisogno. Se avete una conoscenza di base dei chip informatici, saprete che questo è un riferimento alla famosa "legge di Moore", secondo cui "il numero di transistor presenti su un microchip raddoppia all'incirca ogni due anni, mentre i costi di elaborazione diminuiscono". E, sebbene sia discutibile che questo sia ancora valido, resta il fatto che era necessario un cambiamento per aumentare la potenza di un chip senza influire sulle dimensioni, sui costi o sulla velocità di produzione. Per risolvere questo problema, i nostri scienziati hanno sviluppato una soluzione mai realizzata prima al mondo. Una tecnologia che, francamente, è talmente rivoluzionaria e complessa da richiedere qualche spiegazione.

Una piccola città dal terreno accidentato

Oggi, la produzione di chip a semiconduttori viene effettuata utilizzando uno dei due processi seguenti: la fotolitografia, il metodo tradizionale, che consiste nell'utilizzare la luce per "incidere" circuiti elettrici incredibilmente complessi su un wafer di silicio e la nanolitografia a impronta, una tecnologia emergente di Canon che "stampa" con precisione il disegno del circuito (si può immaginare come una minuscola piastra per waffle!). Ed è proprio qui che iniziano i problemi.

I chip sono diventati più potenti grazie all'integrazione di miliardi di minuscoli transistor, che, come si può immaginare, possono creare una certa compattezza e rendere la loro superficie irregolare. Questo è un problema non indifferente perché, su un chip incredibilmente piccolo, anche la minima irregolarità può avere lo stesso effetto di un'enorme buca su una strada. Pertanto, quando è necessario stampare il successivo strato di circuiti, la situazione può diventare incredibilmente instabile.

Poiché i chip moderni possono avere decine di questi strati sovrapposti, finora sono state utilizzate tecniche come lo "spin coating" (che prevede l'applicazione di un liquido che forma una pellicola sulla superficie che poi viene fatta ruotare per stenderla in modo sottile e uniforme) e la lucidatura chimico-meccanica (che prevede la levigatura ripetuta del wafer prima di aggiungere lo strato successivo). Tuttavia, poiché tutti gli elementi che compongono un chip, quali transistor, interruttori e tracciati di cavi in rame, diventano sempre più piccoli, queste tecniche non risultano più sufficientemente precise.

Risoluzione del problema grazie alla nostra esperienza nel getto d'inchiostro

Sì, avete letto bene: getto d'inchiostro. Non sorprende che vantiamo un livello di competenza eccezionale in questo campo e, in parole semplici, abbiamo brillantemente adattato la stessa tecnologia che permette di proiettare l'inchiostro con precisione sulla carta, in modo da coprire perfettamente la superficie di un chip. Ecco come funziona:

Scansione: Per prima cosa viene realizzata una sorta di mappa della superficie del wafer di silicio, che ne rileva le irregolarità con assoluta precisione.

Getto e riempimento: In seguito, grazie agli ugelli a getto d'inchiostro proprietari di Canon, la macchina calcola con precisione la quantità di liquido speciale necessaria per riempire le zone incavate, ovvero queste microscopiche "buche".

Pressione: Infine, una piastra piana viene premuta sul liquido, in modo da riempire completamente gli spazi vuoti. Il tutto viene poi trasformato in una resina solida mediante luce UV.

Quando si solleva la piastra, la superficie risulta perfettamente piana. In realtà, questa descrizione non rende affatto giustizia al livello di planarità che questa tecnologia, la planarizzazione adattiva a getto d'inchiostro, è in grado di ottenere. La variazione massima di altezza della superficie è inferiore a 5 nanometri. Se si considera che un capello umano ha un diametro compreso tra circa 80.000 e 100.000 nanometri, si capisce quando sia incredibilmente liscia.

In effetti, i nanometri non sono forse l'unità di misura più facile da immaginare, quindi proviamo a spiegarlo in un altro modo. Pensate alla superficie più liscia che riuscite a immaginare, come lo schermo del vostro telefono, e immaginate che sia larga 16 chilometri, in modo da poterci camminare sopra. Scoprireste che in realtà è piena di colline e valli alte come case e profonde come fiumi (per rendersene conto concretamente, servirebbe un microscopio estremamente potente). Ora, adottando questa nuova tecnologia e riempiendo gli avvallamenti, quindi spianando tutto con una piastra gigante, il rilievo più grande che si incontrerebbe sarebbe sottile come una carta di credito.

Piatta, impilabile e all'avanguardia

Eliminando le irregolarità a un livello così straordinario, i nostri scienziati hanno fatto un enorme passo avanti che consente ai produttori di chip di sovrapporre strati di circuiti sempre più alti, creando architetture tridimensionali più complesse che mai, senza aumentarne la larghezza. In questo modo, queste architetture continuano a essere integrate nelle tecnologie che conosciamo e apprezziamo. E questa tecnica rende più facile raggiungere questo obiettivo in tempi più rapidi e a costi inferiori.

Quindi, mentre il quadro generale che fa notizia è quello di processori ultra potenti per l'intelligenza artificiale, telefoni e supercomputer del futuro, nulla di tutto ciò potrebbe esistere senza un mondo in cui prestiamo un'attenzione microscopica ai dettagli. Crediamo nell'importanza di riesaminare continuamente le nostre competenze e di trovare dei modi per utilizzarle nella soluzione dei problemi che si celano dietro le infrastrutture più complesse del mondo. Di conseguenza, siamo spesso la forza silenziosa che sta dietro ad alcune delle tecnologie più avanzate che userete ogni giorno.

Di fatto, si potrebbe addirittura affermare che stiamo spianando la strada verso il futuro.