L'ingegnere elettrico Stefanos Andreou ha costruito un sensore con una precisione straordinaria, inferiore alle dimensioni di un atomo.

Per rendere i computer più veloci, hai bisogno di chip più piccoli. Il dottorando di origine cipriota Stefanos Andreou ha costruito un sensore con cui è possibile misurare deformazioni che misurano meno della larghezza di un atomo. Il costruttore di macchine per chip ASML potrebbe essere in grado di utilizzare questa tecnologia per migliorare la precisione delle sue macchine.

Utilizzando le ultime macchine di ASML, si possono produrre chip per computer i cui dettagli non misurano più di una manciata di nanometri. Non è un risultato da poco se si considera che un milione di nanometri sta in un solo millimetro. I circuiti elettrici su un chip come questo sono prodotti usando la litografia:un motivo è inciso su una fetta di silicio con l'aiuto della luce ultravioletta. Poiché la produzione di chip richiede l'impilamento di più modelli uno sopra l'altro, il posizionamento della fetta di silicio (meglio noto come wafer) è una questione di grande precisione.

Anche la minima deformazione dei wafer crea problemi, spiega il dottorando Stefanos Andreou. "Questi wafer sono in realtà piuttosto rigidi, ma poiché si muovono a tanta velocità, sono soggetti a forze g che li deformano leggermente. La misurazione di questa deformazione offre ad ASML l'opportunità di compensarla in un modo o nell'altro, e apre la possibilità di produrre chip ancora più piccoli." Ciò ha spinto il cipriota a dedicare il suo lavoro di dottorato alla progettazione di un sensore speciale, a base di fibra di vetro, in grado di misurare queste deformazioni di circa un nanometro per metro.

Precisione straordinaria

L'idea alla base di questo sensore super accurato è che le deviazioni nella frequenza della luce laser possono essere misurate con una precisione straordinaria, un principio che viene applicato in quello che è noto come reticolo in fibra di Bragg, una specie di fibra di vetro trattata in modo tale da diventa opaco per un colore molto specifico (leggi:frequenza) della luce. Questa frequenza di risonanza, come viene chiamata, dipende dalla misura in cui la fibra è tesa.

Di conseguenza, un reticolo in fibra di Bragg (FBG), applicato alle parti mobili della macchina per trucioli, può essere utilizzato come misura della deformazione del wafer, spiega Andreu. Assistito dallo studente del master Roel van der Zon, se stesso ora un dottorato di ricerca. candidato a Valencia, Andreou ha testato in laboratorio un sistema di misurazione basato su questo tipo di sensore FBG. "In pratica ASML avrebbe bisogno di dozzine di questi sensori, ma questo non è un problema:possono essere prodotti a basso costo e non pesano quasi nulla".

Il dottorando ci tiene a precisare che la precisione raggiunta di 5 nanometri per metro significa che nel sensore stesso, lungo pochi centimetri, può essere misurata una deformazione di un paio di dozzine di picometri. "Questo è meno del diametro di un atomo!" Prima che questo improbabile livello di accuratezza potesse essere raggiunto, però, bisognava risolvere una serie di problemi.

Temperatura

in primo luogo, erano necessarie sofisticate tecniche di stabilizzazione per garantire che la luce laser utilizzata, generata da un chip fotonico prodotto da Smart Photonics, uno spin-off del gruppo di ricerca sull'integrazione fotonica dove Andreou ha condotto la sua ricerca, aveva esattamente la giusta frequenza. Ma forse la sfida più grande è stata il fatto che la frequenza di risonanza del sensore dipende non solo dalla deformazione, ma anche la temperatura. "Questo effetto è in realtà molto maggiore, " spiega Andreou. "Quando la temperatura cambia di un millesimo di grado Celsius, provoca una deviazione nella misura equivalente a dieci nanometri di deformazione per metro."

Per compensare le inevitabili fluttuazioni di temperatura, Andreou ha diviso la luce laser utilizzata per la misurazione in due componenti:"Per ciascuno di questi componenti, o stati di polarizzazione, la fibra mostra un diverso rapporto tra temperatura e frequenza di risonanza." Questo annulla l'effetto della temperatura, che consente di determinare la deformazione in modo molto accurato. Circa dieci volte più accurato di quanto fosse possibile in passato, secondo il dottorando. "E una volta che il sistema è completamente ottimizzato, dovrebbe essere possibile migliorare su questo".

Ma lo stesso cipriota non è più concentrato su questa sfida; ora lavora come postdoc alla TU Delft. "ASML ha fornito alcune delle apparecchiature utilizzate nel mio progetto e ora è in corso un progetto di follow-up con ASML. Quindi il mio lavoro è in fase di sviluppo".