لیتوگرافی، هنر چاپ هوش مصنوعی بر روی اتم ها

تکنولوژی لیتوگرافی (Lithography)، که در زبان فارسی به آن «طرح‌نگاری نوری» می‌گویند، پیچیده‌ترین و حیاتی‌ترین مرحله در ساخت نیمه‌رساناهاست. اگر پردازنده گوشی یا ابررایانه‌های هوش مصنوعی را مغز دنیای مدرن بدانیم، لیتوگرافی ابزاری است که سلول‌های این مغز را خلق می‌کند. این مقاله به بررسی سازوکار این فناوری، انواع پیشرفته آن و نقش کلیدی‌اش در جنگ‌های تجاری دنیا می‌پردازد.

 

در نگاهی ساده، لیتوگرافی فرآیندی مشابه چاپ عکس است، اما در مقیاسی نانومتری. در این فرآیند، از نور به عنوان قلمی برای حکاکی الگوهای بسیار ظریف روی یک صفحه سیلیکونی (ویفر) استفاده می‌شود.

 

ابتدا سطح سیلیکون با یک ماده شیمیایی حساس به نور پوشانده می‌شود. سپس پرتوهای نور از میان یک «ماسک» که حاوی نقشه پیچیده مدارهاست عبور کرده و به سطح تابیده می‌شوند. این تابش باعث تغییر ساختار شیمیایی ماده شده و در مراحل بعدی، بخش‌های اضافی شسته می‌شوند تا میلیاردها ترانزیستور میکروسکوپی بر روی تراشه شکل بگیرند.

 

برای سال‌ها، تکنولوژی DUV (فرابنفش عمیق) استاندار اصلی صنعت بود. این فناوری از نوری با طول موج ۱۹۳ نانومتر استفاده می‌کند. اگرچه این عدد بسیار کوچک به نظر می‌رسد، اما با افزایش تقاضا برای تراشه‌های قدرتمندتر، دانشمندان متوجه شدند که برای ساخت ترانزیستورهای کوچک‌تر، به نوری با طول موج بسیار کوتاه‌تر نیاز دارند.

 

چالش اصلی اینجاست که هرچه طول موج نور کوتاه‌تر باشد، تمرکز آن دشوارتر است. با این حال، تکنولوژی DUV هنوز هم برای تولید بخش بزرگی از تراشه‌های مورد نیاز در صنایع خودروسازی، لوازم خانگی و حافظه‌ها استفاده می‌شود.

 

پیشرفته‌ترین نسل این فناوری، EUV (فرابنفش بسیار شدید) نام دارد. این تکنولوژی از نوری با طول موج تنها ۱۳.۵ نانومتر استفاده می‌کند که به آن اجازه می‌دهد مدارهایی با ظرافت خیره‌کننده (زیر ۵ نانومتر) بسازد.

 

پیچیدگی EUV در این است که این نور توسط هوا جذب می‌شود؛ بنابراین کل فرآیند باید در خلاء کامل انجام شود. همچنین هیچ لنزی توانایی عبور دادن این نور را ندارد، به همین دلیل از آینه‌هایی با دقت اتمی استفاده می‌شود که صیقلی‌ترین سطوح ساخته شده توسط بشر هستند. در حال حاضر، شرکت هلندی ASML تنها سازنده این دستگاه‌ها در جهان است و هر دستگاه قیمتی معادل یک جت جنگنده دارد.

 

امروزه لیتوگرافی دیگر فقط یک بحث مهندسی نیست، بلکه ابزاری برای قدرت‌نمایی سیاسی است. محدودیت در فروش دستگاه‌های پیشرفته EUV به کشورهایی مثل چین، باعث شده است تا رقابتی سنگین برای ابداع روش‌های جایگزین شکل بگیرد.

 

کشورهایی که به این فناوری دسترسی ندارند، در حال سرمایه‌گذاری بر روی روش‌هایی مانند لیتوگرافی نانو-امپرینت (حکاکی فیزیکی به جای نوری) یا تراشه‌های فوتونیک هستند. این روش‌های جایگزین به آن‌ها اجازه می‌دهد بدون نیاز به دستگاه‌های فوق‌پیشرفته غربی، تراشه‌هایی با کارایی بالا برای وظایف خاص هوش مصنوعی تولید کنند.