روشنی کا ذریعہ EUV لتھوگرافی ٹیکنالوجی میں ایک اہم پیش رفت ہے۔

اس سال فروری میں، سنگھوا یونیورسٹی کے شعبہ انجینئرنگ فزکس کے پروفیسر تانگ چوانشیانگ کے ریسرچ گروپ نے ہیلم ہولٹز-زینٹرم برلن für Materialien und Energie (HZB) اور Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) کے اشتراک سے جرمنی میں شائع کیا۔ جریدے نیچر میں تحقیقی مقالہ جس کا عنوان "مستحکم ریاست مائکرو بنچنگ کے طریقہ کار کا تجرباتی مظاہرہ" ہے۔

یہ مقالہ "سٹیڈی سٹیٹ مائیکروبنچنگ" (SSMB) نامی ایک نئے پارٹیکل ایکسلریٹر لائٹ سورس کی پہلی تجرباتی توثیق کی اطلاع دیتا ہے۔ SSMB اصول کی بنیاد پر، اعلی طاقت، اعلی تکرار کی شرح، اور تنگ بینڈوتھ مربوط تابکاری حاصل کرنا ممکن ہے جو terahertz سے لے کر انتہائی الٹرا وایلیٹ (EUV) تک طول موج کا احاطہ کرتا ہے۔ یہ فوٹون سائنس کی تحقیق کے لیے وسیع نئے مواقع فراہم کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔

نیچر کے جائزہ لینے والوں نے اس تحقیق کی بہت تعریف کی، یہ کہتے ہوئے کہ یہ "ایک نئے طریقہ کار کو ظاہر کرتا ہے" اور "بلاشبہ پارٹیکل ایکسلریٹر اور سنکروٹون ریڈی ایشن کے شعبوں میں دلچسپی پیدا کرے گا"۔ نیچر میں ایک متعلقہ کمنٹری آرٹیکل میں کہا گیا ہے، "یہ تجربہ یہ ظاہر کرتا ہے کہ کس طرح دو اہم اقسام کے ایکسلریٹر لائٹ سورس، سنکروٹران ریڈی ایشن سورسز، اور فری الیکٹران لیزرز کی خصوصیات کو یکجا کیا جائے۔"

SSMB روشنی کے ذرائع کی مستقبل کی درخواست EUV لتھوگرافی اور زاویہ سے حل شدہ فوٹو ایمیشن سپیکٹروسکوپی جیسے شعبوں میں متوقع ہے۔ اشاعت کے بعد، اس مقالے نے فوری طور پر ملکی اور بین الاقوامی سطح پر تعلیمی اور صنعتی برادریوں کی طرف سے خاصی توجہ حاصل کی۔

تجربے میں، تحقیقی ٹیم نے برلن میں واقع اسٹوریج رنگ MLS میں ایک الیکٹران بیم کو جوڑنے کے لیے 1064 nm کی طول موج کے ساتھ ایک لیزر کا استعمال کیا۔ انگوٹھی کے گرد ایک مکمل انقلاب (48 میٹر کے فریم کے ساتھ) مکمل کرنے کے بعد، الیکٹران بیم نے ایک باریک مائیکرو اسٹرکچر بنایا، جسے مائیکرو بنچنگ کہا جاتا ہے۔ مائیکرو بنچنگ لیزر طول موج اور اس کے ہارمونکس پر اعلی شدت، تنگ بینڈوتھ مربوط روشنی پیدا کرتا ہے۔ اس تابکاری کا پتہ لگا کر مائکروبنچنگ کی تشکیل کی تصدیق کی گئی۔

مائیکرو بنچنگ کی تشکیل یہ ظاہر کرتی ہے کہ الیکٹرانوں کے آپٹیکل فیز کو ہر ایک انقلاب پر ذیلی طول موج کی درستگی کے ساتھ جوڑا جا سکتا ہے، جس سے الیکٹرانوں کو لیزر کے ذریعے تخلیق کردہ آپٹیکل پوٹینشل میں مستحکم طور پر پھنس جانے کا موقع ملتا ہے۔ یہ SSMB کے ورکنگ میکانزم کی توثیق کرتا ہے۔ تجرباتی سیٹ اپ کو شکل 1 میں دکھایا گیا ہے، اور کچھ تجرباتی نتائج شکل 2 میں دکھائے گئے ہیں۔

ایس ایس ایم بی کا تصور 2010 میں اسٹینفورڈ یونیورسٹی میں پروفیسر وو ژاؤ اور ان کے ڈاکٹریٹ کے طالب علم ڈینیئل ریٹنر نے تجویز کیا تھا۔ وو ژاؤ مسلسل SSMB پر تحقیق اور بین الاقوامی تعاون کو فروغ دے رہے ہیں۔ 2017 میں، Tang Chuanxiang اور Wu Zhao نے تجربہ شروع کیا۔ Tang Chuanxiang کے تحقیقی گروپ نے تجربے کے نظریاتی تجزیہ اور جسمانی ڈیزائن کی قیادت کی، جانچ کے لیے لیزر سسٹم تیار کیا، تعاون کرنے والی اکائیوں کے ساتھ تجربہ کیا، اور ڈیٹا کا تجزیہ اور کاغذی تحریر مکمل کی۔

توقع ہے کہ یہ EUV لتھوگرافی روشنی کے ذرائع کے لیے ایک نیا تکنیکی راستہ فراہم کرے گا۔

SSMB روشنی کے ذرائع کی ممکنہ ایپلی کیشنز میں سے ایک مستقبل کی EUV لتھوگرافی مشینوں کے لیے روشنی کا ذریعہ ہے، یہی وجہ ہے کہ بین الاقوامی برادری سنگھوا یونیورسٹی میں SSMB تحقیق پر بہت زیادہ توجہ دیتی ہے۔

سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ انڈسٹری میں، لیتھوگرافی مشین ایک ضروری درستگی کا سامان ہے اور انٹیگریٹڈ سرکٹ چپ مینوفیکچرنگ کے عمل میں سب سے پیچیدہ اور اہم مرحلہ ہے۔ لتھوگرافی مشین کا ریزولوشن براہ راست طول موج سے متعلق ہے۔ نصف صدی سے زائد عرصے سے، لتھوگرافی مشینوں کے لیے روشنی کے منبع کی طول موج مسلسل کم ہوتی رہی ہے۔ چپ صنعت میں تسلیم شدہ اگلی نسل کی مین اسٹریم لیتھوگرافی ٹیکنالوجی EUV لتھوگرافی ہے جس کی طول موج 13.5nm ہے۔ EUV لیتھوگرافی انتہائی الٹرا وائلٹ روشنی کا استعمال کرتے ہوئے ایک بال کے صرف ایک دس ہزارویں قطر کی طول موج کے ساتھ ویفرز پر سرکٹ کو "ایچ" کرنے کے لیے کام کرتی ہے، بالآخر ایک انگلی کے ناخن کے سائز کے چپس کو اربوں ٹرانجسٹروں پر مشتمل کرنے کے قابل بناتی ہے۔ یہ تکنیکی عمل انسانی تکنیکی ترقی کی جدید ترین سطح کو ظاہر کرتا ہے۔ ASML، نیدرلینڈز میں واقع ایک کمپنی، فی الحال EUV لتھوگرافی مشینوں کی واحد سپلائر ہے، اور ہر مشین کی قیمت $100 ملین سے زیادہ ہے۔

ایک ہائی پاور EUV لائٹ سورس EUV لتھوگرافی مشینوں کا سنگ بنیاد ہے۔ فی الحال، ASML مائع ٹن کے ہدف پر بمباری کرنے کے لیے ہائی انرجی پلسڈ لیزر کا استعمال کرتا ہے، پلازما بناتا ہے اور تقریباً 13.5 واٹ کی طاقت کے ساتھ 250nm کی طول موج کے ساتھ EUV روشنی پیدا کرتا ہے۔ جیسا کہ چپ فیبریکیشن نوڈس سکڑتے رہتے ہیں، توقع ہے کہ EUV روشنی کے ذرائع میں بجلی کی طلب بڑھے گی، کلو واٹ کی سطح تک پہنچ جائے گی۔

"مختصر طور پر، لیتھوگرافی مشینوں کو درکار EUV روشنی کو مختصر طول موج اور اعلی طاقت کی ضرورت ہوتی ہے،" تانگ چوانشیانگ نے کہا۔ EUV لتھوگرافی کی مزید ایپلی کیشنز اور ترقی کے لیے ہائی پاور EUV روشنی کے ذرائع کی پیش رفت بہت اہم ہے۔ تانگ چوانشیانگ نے کہا، "ایس ایس ایم بی پر مبنی EUV روشنی کے ذرائع سے توقع کی جاتی ہے کہ وہ اعلی اوسط طاقت حاصل کریں گے اور طول موج کو اس سے بھی کم طول موج تک بڑھانے کی صلاحیت رکھتے ہیں، جو اعلی طاقت والے EUV روشنی کے ذرائع کی پیش رفت کے لیے ایک نیا حل فراہم کرتے ہیں۔"

EUV لتھوگرافی مشینوں کی آزادانہ ترقی میں ابھی بہت طویل سفر طے کرنا ہے، اور SSMB پر مبنی EUV روشنی کے ذرائع سے توقع کی جاتی ہے کہ وہ لیتھوگرافی مشینوں کی آزادانہ ترقی میں سب سے اہم رکاوٹ کو دور کریں گے۔ اس کے لیے حقیقی کامیابی حاصل کرنے کے لیے SSMB EUV روشنی کے ذرائع میں مسلسل تکنیکی پیش رفت اور پوری صنعت کے سلسلے کے ساتھ تعاون کی ضرورت ہے۔

مشترکہ تحقیق اور ترقی

سنگھوا یونیورسٹی میں SSMB ٹیم نے اپریل 2017 میں SSMB اصولی توثیق کے تجربات کے نظریاتی تجزیہ اور عددی نقالی کا آغاز کیا۔ اسی سال 21 جولائی کو، تانگ چوان شیانگ اور ژاؤ وو نے سنگھوا یونیورسٹی میں پہلی SSMB تعاون میٹنگ کا اہتمام کیا، جس کے نتیجے میں بین الاقوامی SSMB ریسرچ گروپ۔ چین، جرمنی، امریکہ اور دیگر ممالک کے محققین نے مختلف تحقیقی منصوبوں کو فروغ دینے کے لیے افواج میں شمولیت اختیار کی، بشمول SSMB اصولی تصدیق کے تجربات۔ چار سال کی محنت کے بعد، SSMB ریسرچ گروپ نے نمایاں پیش رفت کی اور ایسے نتائج حاصل کیے جو دنیا کی قیادت کر رہے ہیں۔

"SSMB الیکٹرانوں کو فوکس کرنے کے لیے لیزرز کا استعمال کرتا ہے، جو عام طور پر سنکروٹران روشنی کے ذرائع میں استعمال ہونے والے مائیکرو ویو کے مقابلے فوکس کرنے والے نظام کی طول موج کو 5 سے 6 آرڈرز تک مختصر کر دیتا ہے۔ اس لیے، SSMB کے اصول کی تصدیق کے لیے، ایکسلریٹر کو بہت زیادہ ہونا ضروری ہے۔ ہر انقلاب میں الیکٹران کی طولانی پوزیشن (مرحلے) پر کنٹرول کی درستگی جرمنی میں PTB میں SSMB کی تجرباتی ضروریات کے قریب ترین ہے، جرمنی میں HZB اور PTB اداروں کے درمیان ابتدائی رابطوں کے بعد۔ تحقیقی ٹیم اور ہمارے ساتھ تعاون کیا،" سنگھوا یونیورسٹی کے شعبہ انجینئرنگ فزکس کے ڈاکٹریٹ کے طالب علم ڈینگ زیوجی نے کہا، جس نے جرمنی میں تجربات میں حصہ لیا۔

سنہ 2017 سے، سنگھوا ٹیم کے اراکین نے آٹھ بار برلن کا دورہ کیا، تجربے کی تیاری اور آپریشن کے مختلف مراحل میں حصہ لیا۔ طویل عرصے کی کوششوں کے بعد، یہ تجربہ 31 اگست 2019 کو کامیاب رہا۔ Deng Xiujie نے کہا، "SSMB میں متعدد جسمانی اثرات شامل ہیں اور یہ تکنیکی طور پر مشکل ہے۔ تجربے کے دوران، جب تک کہ سائٹ پر تجربات ممکن نہیں تھے، ہم نے کام کرنا بند نہیں کیا، ہم نے باقاعدہ کام کی میٹنگیں کیں، اور ای میل یا آن لائن بات چیت میں مصروف رہے۔" "اس کے علاوہ، SSMB تجرباتی ٹیم ایک بین الاقوامی تعاون کی ٹیم ہے۔ ابتدائی موافقت سے لے کر آہستہ آہستہ ایک دوسرے کو جاننے اور سمجھنے تک، پوری ٹیم کا ماننا ہے کہ ہم نے حقیقی معنوں میں '1+1>>2' حاصل کر لیا ہے۔ ہر کسی کو مزید تعاون پر یقین ہے۔ مستقبل میں."

فی الحال، سنگھوا یونیورسٹی SSMB EUV لائٹ سورس کے قومی منصوبے کو فعال طور پر سپورٹ اور فروغ دے رہی ہے۔ سنگھوا میں SSMB ریسرچ گروپ نے نیشنل ڈیولپمنٹ اینڈ ریفارم کمیشن (NDRC) کو "سٹیڈی سٹیٹ مائیکرو بنچڈ ایکسٹریم الٹرا وائلٹ لائٹ سورس ریسرچ فیسیلٹی" کے لیے ایک پروجیکٹ پروپوزل پیش کیا ہے اور 14ویں پانچ کے بڑے سائنسی اور تکنیکی انفراسٹرکچر کے لیے درخواست دی ہے۔ سال کا منصوبہ۔

SSMB کے علاوہ، جاپان جیسے ممالک مفت الیکٹران لیزر (FEL) اسکیموں میں Energy Recovery Linac (ERL) کے استعمال پر بھی تحقیق کر رہے ہیں۔ یہ اسکیم زیادہ سے زیادہ 10 کلو واٹ EUV لائٹ کے ساتھ، زیادہ سے زیادہ چوٹی کی طاقت حاصل کر سکتی ہے، اور اس سے بھی اہم بات یہ ہے کہ اس میں کاربن فوٹ پرنٹ کم ہے۔ جاپان میں ہائی انرجی ایکسلریٹر ریسرچ آرگنائزیشن کے اعداد و شمار کے مطابق، FEL کی توانائی کی کھپت لاگت LPP سکیم کا تقریباً ساتواں حصہ ہو سکتی ہے۔ تاہم، SSMB کی طرح، اس قسم کے روشنی کے منبع کو بھی مختلف تکنیکی چیلنجوں کا سامنا ہے جن پر قابو پانے کی ضرورت ہے، اور اس کی قیمت بھی زیادہ ہوگی۔