ایک بلاگر نے دعویٰ کیا ہے کہ TeraFab کی جانب سے جاری کردہ معلومات کے مطابق، الون مسک FEL (فری الیکٹرون لیزر) راستہ اپنانے کے لیے تیار ہیں، جو روایتی EUV کے منفرد وضع کو تبدیل کر دے گا۔
اس کے بعد، الون مسک کے جواب نے اس بات کی تصدیق کر دی۔
بالکل، یہ ایک تصور ہے اور یہ حقیقت کو ظاہر نہیں کرتا۔ لیکن ہمیں لگتا ہے کہ اس پر بحث کرنے کی قیمت ہے۔
FEL، نیا کچھ نہیں
ہمیں تسلیم کرنا ہوگا کہ فری الیکٹران لیزر (FEL) اور ذراتی تیز کنندہ نئی چیزیں نہیں ہیں۔ سالوں سے، کمپنیاں، ریسرچ اور ڈویلپمنٹ ادارے اور یونیورسٹیاں ذراتی تیز کنندہ رکھتی اور چلاتی رہی ہیں تاکہ پروٹون، نیوٹران اور کوک میکروسکوپک ذرات۔ یہ نظام عام طور پر فزکس اور دیگر سائنسی застосування کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ فری الیکٹران لیزر (FEL) پہلے سے موجود ہیں۔ اس کا تصور یہ ہے کہ یہ ایک اعلی طاقت کا روشنی کا ذریعہ ہے جو الیکٹران کا استعمال کرتے ہوئے مختلف لہروں کی لمبائی کی روشنی پیدا کرتا ہے۔ ذرات کو تیز کرنے والا نظام ایک ایسا نظام ہے جو باردار ذرات کو تیز کرتا ہے۔
اصلی طور پر، فری الیکٹران لیزر ایک دورانیہ میں تبدیل ہونے والے میگنیٹک فیلڈ سے گزرتے ہوئے قریب قریب روشنی کی رفتار پر چلنے والے الیکٹرانز سے پیدا ہوتا ہے۔ اس لیزر کی لہر کی لمبائی اس دورانیہ میں تبدیل ہونے والے میگنیٹک فیلڈ کی فریکوئنسی سے متعلق ہوتی ہے، جسے میگنیٹک فیلڈ کی تبدیلی کی فریکوئنسی یا آنے والی رفتار بدل کر مختلف لہر کی لمبائیوں والے لیزر حاصل کیا جا سکتا ہے۔ اس لئے FEL بنانے کے لئے پہلے ایک تیز رفتار (قریب قریب روشنی کی رفتار) الیکٹران سرچ دستیاب ہونا ضروری ہے۔ کیوں قریب قریب روشنی کی رفتار والے الیکٹران؟ کیونکہ صرف اس صورت میں الیکٹران کے آنے والے راستے کے عمودی طور پر ہلنے سے پیدا ہونے والی تابکاری الیکٹران کے حرکت پر واضح اثر ڈالتی ہے، جس سے قریب کے الیکٹران اکٹھے ہو جاتے ہیں (نہ کہ ایک یکساں الیکٹران بہاؤ)۔
فرض کریں کہ ہر جھومڑ میں N الیکٹران ہیں، تو ان کے ذریعہ تابناک کی جانے والی روشنی کی مجموعی توانائی N الیکٹران کی توانائیوں کا سادہ جمع نہیں بلکہ N کا مربع ہوتی ہے، یعنی تابناک میں ہم آہنگی ہو رہی ہے، دوسرے الفاظ میں، یہ لیزر ہے۔ اب تک سب سے زیادہ استعمال ہونے والا ذرائع خطی ت accelerator ہے (کچھ سینکروٹرون تابناک کو فری الیکٹران ذرائع کے طور پر استعمال کرتے ہیں، لیکن اس کی طاقت کافی نہیں ہے)
دوسروں کے الفاظ میں، FEL میں، الیکٹرانز ویکیووم میں قریب قریب روشنی کی رفتار سے آزادانہ حرکت کرتے ہیں اور مشترکہ پھیلتے ہوئے الیکٹرومیگنیٹک لہروں کے ساتھ توانائی کا تبادلہ کرتے ہیں، جس سے ایک قابل تنظیم اور اسٹیج کی طرح تقویت یافتہ کرنے والی روشنی کی کرن بن جاتی ہے۔
خاصة طور پر، درج ذیل حصوں پر مشتمل ہے:
1、ہائی اینرجی الیکٹران بیم
یہ عمل جزئیاتی تیز کنندہ سے آنے والی اونچی توانائی والی الیکٹران کرن کے ساتھ شروع ہوتا ہے۔
مائیکروویو ایمپلیفائر الیکٹران کو روشنی کی رفتار کے قریب تک تیز کرتا ہے۔ 1 GeV کے الیکٹران بیم (یعنی ایک الیکٹران چارج ضرب 1 جگا وولٹ) کے مثال کے طور پر، الیکٹران کی رفتار روشنی کی رفتار سے صرف دس ملینویں حصہ سے کم ہے۔ الیکٹران بیم کی توانائی جتنا زیادہ ہوگی، FEL کے ذریعہ پیدا ہونے والے فوٹون کی توانائی بھی اتنا ہی زیادہ ہوگی۔
2. تیز ہونے والے برقی بار کی تابکاری
کوئی بھی تیز کیا گیا باریک ذرہ روشنی کی کرنیں نکالتا ہے۔ مثال کے طور پر:
بریمسشترلُنگ (جرمن Bremsstrahlung، جس کا مطلب "بریکنگ ریڈی ایشن" ہے) سرچ کا استعمال الیکٹران کو دھاتی دیوار پر ٹکرانے سے ہوتا ہے، جس سے الیکٹران تیزی سے سست ہو جاتے ہیں، اور الیکٹران بیم کی توانائی کو ریڈی ایشن کے ذریعے روشنی اور گرمی کے طور پر خرچ کیا جاتا ہے۔
ڈیفلیکٹنگ میگنیٹ بھی اسی قسم کا اثر حاصل کر سکتا ہے:
اگر الیکٹرون بیم کو ایک دائرہ شکل کے راستے پر منحنی کیا جائے، تو اس سے سینکروٹرون تابکاری کا ذریعہ حاصل ہوتا ہے۔
اگر الیکٹران بیم کو سائن ویو کے راستے پر گھومایا جائے، تو اس سے وِگلر یا انڈیولیٹر سرچ کا ایجاد ہوتا ہے۔
سینکروٹرون اور اسولیٹر سرچھوں سے پیدا ہونے والی روشنی کی فریکوئنسی وسیع ہوتی ہے، جبکہ ونڈیگیٹر مختلف ہوتا ہے: خاص شرائط میں، ونڈیگیٹر سے گزرنے والی الیکٹران بیم لیزر کی发射 کو حاصل کر سکتی ہے۔
3، اوسیلیٹر
اکھڑا میگنیٹس کے دورانیہ سے بنایا گیا ایک ڈیوائس ہے جو اعلیٰ توانائی والے الیکٹران بیم کو مخصوص اکھڑے کے ساتھ سائن کی شکل میں لہرائے (یعنی "لہرانے") کا باعث بنتا ہے۔ الیکٹران بیم کو اس طرح کنٹرول کردہ لہرائیں دینا، درست طور پر ٹیون کی گئی روشنی کی پیداوار کا پہلا مرحلہ ہے۔ اکھڑے کا دور (λᵤ) اور الیکٹران بیم کی توانائی مل کر پیدا ہونے والی روشنی کی لہر کی لمبائی طے کرتے ہیں۔
اسی لیے، کچھ لوگ FEL کو EUV لیتھوگرافی کا متبادل سمجھتے ہیں۔
موجودہ روشنی کے ذریعے کا ایک امیدوار
سنتی EUV لیتھوگرافی میں 13.5 نانومیٹر کا استعمال اس لیے کیا جاتا ہے کہ ٹن پلازما اس لہر کے طول کی روشنی کو نسبتاً موثر طریقے سے پیدا کر سکتا ہے۔
لیکن FEL کا منطق بالکل مختلف ہے۔ اس کے ذریعے الیکٹران بیم کی توانائی، انجن کے دوران اور میگنیٹک فیلڈ کی طاقت کو تبدیل کرکے آؤٹ پٹ لائٹ کی لہر کی لمبائی کو تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ اس لیے نظریہ طور پر نرم ایکس کرن، EUV سے لے کر لمبی تر لہروں تک کور کیا جا سکتا ہے۔ اس کا مطلب ہے: روایتی EUV زیادہ تر ایک مخصوص فوکس فاصلہ والا "لیتھوگرافی چاقو" کی طرح ہے، جبکہ FEL ایک ایسا "آپٹیکل ٹول" ہے جس کی لہر کی لمبائی مستقل طور پر تبدیل کی جا سکتی ہے۔
اس لیے، کچھ لوگوں نے FEL کو اپنائے کر پابندیوں کو دور کیا۔ امریکی اسٹارٹ اپ xLight اس راستے کا حامی ہے۔ قابل ذکر بات یہ ہے کہ انٹیل کے سابق سی ای او پیٹ جیلسنجر ( سابق Intel CEO ) اب xLight کے ایگزیکٹو چیئرمین ہیں۔
xLight کی ٹیکنالوجی میں، الیکٹران کو سب سے پہلے جزئی تскорیکر میں ڈالا جاتا ہے، پھر فری الیکٹران لیزر (FEL) میں جاتا ہے۔ xLight کہتی ہے: “FEL، جزئی تскорیکر سے آنے والے الیکٹرانز کو استعمال کرتا ہے اور انہیں دورانیہ میں میگنیٹک فیلڈ والے ویوگائڈ سے گزرتا ہے تاکہ متماثل، طاقتور لائٹ بیم پیدا کیا جا سکے۔”
سادہ الفاظ میں، EUV روشنی اکسلریٹر میں پیدا ہوتی ہے۔ پھر، EUV روشنی کو ذرات اکسلریٹر ڈیوائس سے ویف لیب تک ایک فوٹون پائپ کی طرح کے ڈیوائس کے ذریعے منتقل کیا جاتا ہے۔ اس وقت، EUV روشنی کو سب ویف لیب کی طرف ہدایت کی جاتی ہے۔ سب ویف لیب میں مختلف الگ الگ سسٹم ہوتے ہیں جنہیں "فلپ اسٹیشنز" کہا جاتا ہے۔
xLight کے ویڈیو کے مطابق، ہر فلپ اسٹیشن ایک EUV ٹول کے لیے مخصوص ہے۔ آپریشن کے دوران، EUV روشنی کو سب ویفر فیکٹری کے ہر رٹیشن اسٹیشن تک بھیجا جاتا ہے۔ پھر، ہر رٹیشن اسٹیشن روشنی کو ویفر فیکٹری کے اوپر والے EUV سسٹم تک ہدایت کرتا ہے۔ اس سے EUV ڈیوائس کو توانائی فراہم ہوتی ہے۔
اس صورت میں، EUV لیتھوگرافی ڈیوائس خود میں LPP سرچ کا اجزاء نہیں ہوتا۔ بلکہ، EUV روشنی پارٹیکل ایکسلریٹر میں پیدا کی جاتی ہے، اور پھر اسے ویفر فیکٹری کے EUV ڈیوائس تک منتقل کیا جاتا ہے۔ یہ پیچیدہ عمل کو سادہ طریقے سے بیان کرنے کا طریقہ ہے۔
تاہم، xLight کے FEL لائٹ سورس سے موجودہ LPP ڈیوائسز کے مقابلے میں 4 گنا زیادہ طاقت پیدا ہوتی ہے۔ xLight کا کہنا ہے: "EUV طاقت کو تین گنا تک فراہم کرکے، ویفر فیکٹریاں پیٹرن میں بہتری، پیداواری صلاحیت اور یونٹ کی شرح میں بہتری حاصل کر سکتی ہیں، جس سے ہر اسکینر کو سالانہ کئی ارب ڈالر کا اضافی آمدن حاصل ہوگا اور ہر ویفر کی لاگت میں تقریباً 50 فیصد کمی آئے گی۔ علاوہ ازیں، ایک واحد xLight سسٹم زندگی کے دوران 30 سال تک زیادہ سے زیادہ 20 ASML سسٹمز کو سپورٹ کر سکتا ہے، جس سے سرمایہ کاری اور آپریشنل خرچوں میں تین گنا سے زیادہ کمی آئے گی۔"
نظری طور پر، xLight کی ٹیکنالوجی کو کم نیومیریکل ایپرچر EUV، اعلیٰ نیومیریکل ایپرچر EUV، اور حتیٰ کہ سپر نیومیریکل ایپرچر EUV کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ریسرچ اور ترقی کے حوالے سے، ASML 0.75 سپر نیومیریکل ایپرچر EUV ٹیکنالوجی پر کام کر رہا ہے جس کا مقصد مستقبل کے دور تک پہنچنا ہے۔
ٹیرافیب کی لمبی فیکٹری ڈیزائن اور مسک کے جواب سے ظاہر ہوتا ہے کہ ٹیرافیب FEL کے لیے لائنر ایکسلریٹر کو تیز الیکٹران ذرائع کے طور پر استعمال کرے گا۔ موجودہ فیمٹو سیکنڈ فری الیکٹران ایکس رے لیزر، پروٹین کرستل ڈفریکشن کے ڈیٹا کلیکشن کے لیے یونیورسٹی لیبز میں استعمال ہو رہے ہیں۔
اگر آپ ابھی تک نہیں سمجھ پا رہے کہ یہ چیز کتنی طاقتور ہے، تو ایک مثال دیں کہ اگر AMSL کے EUV لیتھوگرافی مشین کا سرچ کا ذریعہ عام بулب ہے، تو FEL فری الیکٹرون EUV لائٹ کا ذریعہ ایک موثر لیزر کے برابر ہے، جو آسانی سے کئی کلو واط سے لے کر کئی دہاکو واط تک طاقت کا لیزر پیدا کر سکتا ہے، اور لہجہ آزادانہ طور پر تنظیم کیا جا سکتا ہے۔
مقابلے میں، AMSL کا استعمال کیا جانے والا LPP EUV مخصوص لہر کی لمبائی پر مبنی ہے، اور اس کی طاقت کو 1 کلو واط سے آگے بڑھانا مشکل ہے، اور چاہے روشنی کی لہر کی صفائی ہو یا اس کی مطابقت، دونوں کے لحاظ سے اس کا مقابلہ نہیں کیا جا سکتا۔ اگر اسے تیار کیا جا سکے، تو اس سے لیتھوگرافی مشین کی لیتھوگرافی کی رفتار اور معیار دونوں میں بڑی تیزی آئے گی۔ FEL کا ایک اور فائدہ یہ ہے کہ اس کی تبدیلی کی کارکردگی (انرجی کا تناسب) بہت زیادہ ہوتی ہے، جبکہ AMSL کا استعمال کیا جانے والا LPP تقریباً 4.4 مگا واط بجلی کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ صرف 1 کلو واط قابل استعمال EUV پیدا کیا جا سکے (کل کارکردگی تقریباً 0.05% کے تقريبًا)۔
سب سے جدید انرجی ریکوری فری ایکسلریٹر فری ایکسلریٹر (ERL-FEL) تقریباً 0.7 میگاواٹ بجلی سے 1 کلوواٹ EUV پیدا کرتا ہے، جو 6 گنا زیادہ کارآمد ہے، اور مستقبل میں بہتر سپر کنڈکٹنگ مواد کے استعمال سے اس کی کارآمدی مزید بڑھائی جا سکتی ہے۔
ایک دفعہ میں نہیں ہو سکتا
صرف تکنیکی نقطہ نظر سے، FEL کی روشنی کی کارکردگی واضح طور پر زیادہ بہتر ہے، لیکن صنعتی لیتھوگرافی کے لحاظ سے اس کا مطلب یہ نہیں کہ یہ زیادہ جدید ہے۔ کیونکہ EUV لیتھوگرافی کے لیے صرف "13.5 نینومیٹر کی ایک کرن ہونا" کافی نہیں ہے۔
مزید ضروری ہے: اعلیٰ طاقت + اعلیٰ استحکام + اعلیٰ دہرائی جانے والی فریکوئنسی + اعلیٰ قابلیت + بہت کم لاگت + بہت زیادہ عمل کا وقت + ریفلاکٹو آپٹیکل سسٹم کے ساتھ مطابقت۔
ASML کا موجودہ EUV سرچ کئی سالوں کے انجینئرنگ کے بعد ایک مکمل صنعتی نظام بن چکا ہے۔
FEL عام طور پر بڑے الیکٹرانک ایکسلریٹرز، ڈیویسیٹرز، ویکیوم سسٹم، بیم کنٹرول سسٹم وغیرہ کی ضرورت ہوتی ہے، جس کی ساز و سامان کا حجم اور لاگت بہت زیادہ ہوتی ہے۔ اس لیے اگر ذرائع کی فزیکل پرفارمنس کے لحاظ سے دیکھا جائے تو: FEL واضح طور پر زیادہ طاقتور اور زیادہ آزاد ہے۔
لیکن سیمی کنڈکٹر کے بڑے پیمانے پر لیتھوگرافی کی انجینئرنگ صلاحیت کے حوالے سے: موجودہ مرحلے پر بالغ EUV سورس ویفر فیکٹریز کے لیے زیادہ مناسب ہے۔ FEL ممکنہ طور پر EUV سورس کو "13.5 nm کے مستقل طول موج" سے زیادہ لچکدار مختصر طول موج کی لیتھوگرافی کی طرف لے جا سکتا ہے۔
مثلاً، اگلے دور کی لیتھوگرافی میں اگر 6.x نانومیٹر، 5.x نانومیٹر یا اس سے مختصر طول موج کی تلاش میں داخل ہوئے جائیں، تو FEL جیسے قابل تنظیم طول موج، اعلیٰ ہم آہنگ، اور اعلیٰ چوٹی کی روشنی کے ماخذ کا نظام بہت دلچسپ ہو جائے گا۔
لیکن یہاں ایک بہت بڑا مسئلہ یہ ہے کہ جیسے جیسے طول موج کم ہوتا جائے، اپٹیکل سسٹم، ماسک، فوٹو ریزسٹ، ریفلاکٹویٹی، فوٹون اسکیٹرینگ، ویکیوم سسٹم جیسے مسائل مزید مشکل ہوتے جائیں گے۔
تو، FEL کا حقیقی انقلابی اثر صرف “EUV سرچ کو متبادل فراہم کرنا” نہیں، بلکہ مکمل طور پر مختلف مختصر طول موج اور اعلیٰ چمک والے سرچ کا راستہ فراہم کرنا ہے۔
FEL کے علاوہ، ا高次 هارمونکس (HHG)، ڈسچارج پلازما (DPP) اور سینکروٹرون ریڈی ایشن جیسے حلز بھی بحث کے موضوع ہیں۔ LPP کی ترقی اور بڑے پیمانے پر پیداوار میں فرق ہے، FEL اعلیٰ چمک، اعلیٰ سازگاری اور طول موج کی قابل تنظیم صلاحیت پر زور دیتا ہے، جبکہ HHG کا صرف چھوٹا سائز کا ممکنہ فائدہ ہے۔ مستقبل کی مقابلہ کی کلید، کم طول موج پر طاقت، کارکردگی، استحکام اور لاگت کو متوازن کرنا ہے۔
مزید اہم بات یہ ہے کہ وہ سب ایک جیسے ہیں اور ان کے لیے مزید چیلنجز بھی ہیں، اور ٹائم لائن بھی واضح نہیں۔
یہ مضمون ویچن گروپ "سیمی کنڈکٹر صنعت کا مشاہدہ" (ID: icbank) سے ہے، مصنف: ایڈیٹوریل ٹیم