כך אומר ד”ר עמוס בר דע, ראש תכנית תואר ראשון בהנדסת חשמל ואלקטרוניקה במכון הטכנולוגי בחולון. כאשר שימש עמית מחקר במכון ויצמן הוא השתתף בפיתוח תהליך שיאפשר תפוקה טובה יותר וגם אפשרות להדפיס שבבים על פני שטח שונים. הפטנטים ישנם, עכשיו צריך מישהו שיהפוך את השיטה לתעשייתית
טכנולוגיה שיכולה לשנות את תחום ייצור השבבים, לאפשר להתגבר על שטיחות פרוסת הסיליקון ואף לייצר שבבים על משטחים לא ישרים, אלא שהיא נמצאת כעשור על המדף – היא פותחה על ידי מהנדס בכיר לשעבר במפעל אינטל בקרית גת, בזמן ששימש עמית מחקר במכון ויצמן אליו הגיע לאחר פרישתו מאינטל. שמו – ד”ר עמוס בר-דע. כיום הוא ראש תכנית תואר ראשון בהנדסת חשמל ואלקטרוניקה במכון הטכנולוגי בחולון (HIT).
“חברות ייצור השבבים צריכות חשיבה מחוץ לקופסה – להחליף את הפוטוליתוגרפיה במגנטוליתוגרפיה”. אומר ד”ר בר-דע בראיון ל-CHIPORTAL. הבסיס לטכנולוגיה קיים ומגובה בפטנטים אך נדרשת השקעה כדי להפכו ליישומי. יצרניות השבבים ניסו להוציא כמה שיותר מטכנולוגית הליתוגרפיה אבל כשאנחנו מתקרבים לננומטרים בודדים, נראה שעדיף להחליף טכנולוגיה מאשר לסחוט עוד מהטכנולוגיות הקיימות.
ד”ר בר-דע למד את התארים שלו באוניברסיטת בר אילן ובתל אביב, ואת הדוקטורט עשה באוניברסיטה העברית אצל חתן פרס ישראל לכימיה פרופ’ איתמר וילנר. בשנים 2000-2007 שימש מהנדס בכיר האחראי על אינטגרציה תהליכית והנדסת אמינות ואיכות במפעל אינטל בקרית גת. לאחר מכן חזר לאקדמיה ושימש עמית מחקר במחלקה לפיסיקה כימית במכון ויצמן. משנת 2015 הוא משמש כאמור בתפקידוFראש תכונית לתואר ראשון בהנדסת חשמל ואלקטרוניקה בפקולטה להנדסה מכון טכנולוגי חולון.
הצורך לשפר את הביצועים ויכולות הייצור של השבבים היה חלק מתפקידו של בר-דע באינטל. “התפקיד שלי באינטל בקרית גת כמהנדס בכיר בתחום של אינטגרציה תהליכית נמצא מעל כל מהנדסי התהליך. כידוע תהליך יצירת השבבים בנוי מהרבה תהליכים ומבוסס על כמה תהליכים בסיסיים כמו ליתוגרפיה, איכול, השתלות יונים, דפוסיה ועוד. על כל תהליך כזה מפקחים מהנדסי תהליך שמשפרים את התהליך, מגדילים את נצילות ייצור השבבים ומטרות נוספות. כמהנדס אינטגרציה תפקידי היה לראות את הדברים מלמעלה להכיר את כל התהליכים על בורים ולאשר שינויים שמציעים מהנדסי התהליך. ובנוסף, במסגרת תפקידי הייתי אחראי להטמעה של תהליכים חדשים בייצור – שדרשו פרספקטיבה רחבה בתהליכי הייצור.”
כאשר שימש בר-דע עמית מחקר במחלקה פיזיקה כימית בפקולטה לכימיה במכון ויצמן העלה את הרעיון להדפסה מולקולרית והדפסה רגילה של שכבות דקות של מוליכים למחצה בשיטה אחרת מהשיטה הקיימת והמקובלת מזה עשרות שנים הפוטוליתוגרפיה.”
“כאמור מאז אמצע המאה הקודמת מיוצרים כל השבבים על בסיס שיטת הפוטוליתוגרפיה המשמשת כממשק בין תהליכי התכנון שנעשים במרכזי התכנון למפעלי הייצור. מרכזי התכנון מתכננים את המעגלים המשולבים ואותו מעבירים למסכות. המסכות עוברות למפעלים ובעזרתם יוצרים את הצורות על פני השבבים. המסכה מאפשרת להדפיס המון צורות בבת אחת על פני הפרוסה והיא משמשת כגלופה. דרך המסכה עובר אור אשר מוטל על שכבת ציפוי על פני הסיליקון הנקראת פוטורזיסט שרגישה לאור. הטלת האור דרך המסכה גורמת לשינוי בתכונות הפוטורזיסט במקומות בו הוטל, ולאחר תהליך הפיתוח מקבלים את הטבעת הצורות במסכה על פני הפוטורזיסט.
“התהליך של הפוטוליתוגרפיה מאפשר לבחור אזורים מסוימים שיהיו מוגנים ואחרים שלא יהיו מוגנים מפני התהליך הייצור העוקב. הפעלת תהליכי ייצור כמו איכול, יצירת שכבות חדשות ועוד יתבצעו על האזורים החשופים ולא על האזורים המוגנים על ידי הפוטורזיסט”.
היכן החדשנות שלכם?
“הבנו שלשיטת הפוטוליתוגרפיה (בווריאציות הרבות שלה) יש כמה חסרונות. החיסרון העיקרי הוא רגישות למשטחיות , כלומר לכך שפני השטח יהיו משטחיים. אם הפרוסה מכילה אזורים שבהם יש מהמורות או שקעים או כל הפרעה אחרת ברמה הננומטרית חוסר המישוריות של פני השטח גורם לעיוות האור ולפגמים בהטבעת המסכה בשבב.”
“אנחנו מחליפים את הגל האלקטרומגנטי בשדה מגנטי ואת המסכה למסכה מגנטית שהצורות בה עשויות מחומר פרומגנטי כגון ברזל, ניקל וקובלט. אנחנו משתמשים במגנט שנמצא מתחת למסכה כאשר השדות המגנטים מתרכזים דרך החומר הפרומגנטי שבמסכה ומוטלים על פני שטח המודפס מלמטה. במקום הפוטורזיסט שבו משתמשים בפוטוליתוגרפיה, אנחנו משתמשים בננו חלקיקים מגנטיים העשויים ממגנטיט – סוג של ברזל מחומצן.”
“שיטת המגנטוליתוגרפיה פותחת אפשרויות רבות. הראשונה לייצר את השבבים כמו היום על גבי משטחים, אלא שתפוקת הייצור בהם תהיה הרבה יותר גדולה כי המערכת מסוגלת להתגבר על פגמים ברמה הננומטרית.”
“אפשרות שניה היא להדפיס מוליכים למחצה על משטחים לא מישוריים. למשל הדגמנו הדפסה כזו בתוך צינוריות ננומטריות. אפליקציה נוספת היא הדפס מולקולרי, כמו כן יצירת גרדיינט מולקולארי המאפשר יצירת גרדיאנט של תכונות, כגון: יצירת גרדיאנט הידרופילי – הידרופובי כך ש כשבצד אחד של המשטח יהיה אזור מאוד הידרופילי ובשני מאוד הידרופובי, ובאמצע ישתנה בהדרגה. רעיון נוסף הוא שימוש במסכות דינמיות.” (ראו דוגמאות בתרשימים המצורפים).
מה קורה עם מסחור הפטנטים?
“רשמנו פטנטים וכמה חברות התעניינו. עדיין נדרש גורם בתעשייה שיהפוך את השיטה לתעשייתית, יציבה וניתנת לשימוש בקנה מידה גדול.”
לסיכום אומר ד”ר בר-דע: “היות ותהליך הליתוגרפיה מיצה את עצמו ואנחנו מגיעים למגבלה של התהליך הליתוגרפי בגלל הצורך באורכי גל מאוד קצרים אני מציע לצאת מהקופסה ולעשות מהפכה חשיבתית מכיוון של TOP DOWN ל-BOTTOM UP ולחקור שיטות חדשות להדפסים לייצור דור הבא של השבבים”.
מופלא מאד עם עתיד מבטיח.
לעמוס, ברכות. כל הכבוד והמשך הצלחה. אריה ורנה שפירא (קופרמן).