中科院研发新型激光光刻技术:不用EUV 直击5nm

荷兰ASML公司是全世界独一能消费EUV光刻机的公司,他们以前亮相7nm如下工艺都需求EUV光刻机才行。如今中科院姑苏纳米所的团队开辟了一种新的激光光刻技能,没有需求运用EUV技能就能够制备出5nm特点线宽。

半导体光刻最紧张的目标是光刻辨别率,它跟波长及数值孔径NA无关,波长越短、NA越年夜,光刻精度就越高,EUV光刻机便是从以前193nm波长酿成了13.5nm波长的EUV极紫外光,而NA目标要看物镜零碎,ASML正在这方面靠的是德国蔡司的NA=0.33的物镜,下一代才回到NA=0.55的程度。

中科院姑苏所结合国度纳米中间展开的这项研讨有所差别,正在有机钛膜光刻胶上,采纳双激光束(波长为405 nm)交叠技能,经过准确把持能量密度及步长,完成了1/55衍射极限的打破(NA=0.9),到达了最小5 nm的特点线宽。

从中能够看出,国际研讨的光刻技能运用的是405nm波长的激光就完成了NA=0.9的衍射打破,能够制备5nm线宽工艺,这是一项严重打破。

这个停顿很快就会被各年夜媒体热炒,不外仍是那句话,今朝是尝试室中获得的技能打破,并无到达量产的水平,并且原文并无特地夸大是用来消费半导体芯片的,乃至一个字都没提到是光刻机,它更多地是用于疾速制备纳米狭缝电极阵列构造。

被其余媒体热炒以后,估量过两天就可以看到中科院方面的造谣了,相似前两年阿谁10nm光刻的旧事同样。

如下是民间公布的全文,有兴味的能够理解下:

姑苏纳米所结合国度纳米中间正在超高精度激光光刻技能上获得紧张停顿

亚10 nm的构造正在集成电路、光子芯片、微纳传感、光电芯片、纳米器件等技能范畴有着宏大的使用需要(图1),这对于微纳加工的服从以及精度提出了很多新的应战。

激光直写作为一种高性价比的光刻技能,可应用延续或者脉冲激光正在非真空的前提下完成无掩模疾速刻写,年夜年夜低落了器件制作本钱,是一种有合作力的加工技能。但是,临时以来激光直写技能因为衍射极限和临近效应的限定,很难做到纳米标准的超高精度加工。

近期,中国迷信院姑苏纳米技能与纳米仿生研讨所张子旸研讨员与国度纳米中间刘前研讨员协作,正在Nano Letters上宣布了题为“5 nm Nanogap Electrodes and Arrays by a Super-resolution Laser Lithography”的研讨论文,报导了一种他们开辟的新型5 nm超高精度激光光刻加工办法(DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00978)。 

中科院姑苏纳米所张子旸研讨员团队临时处置微纳加工技能的开辟、高速光通讯半导体激光器、超快激光器等的研制任务(ACS Photonics 6, 1581, 2019; Light. Sci. Appl. 6,17170, 2018; ACS Photonics, 5, 1084,2018, Adv. Opt. Photon., 2, 201, 2010; 受权专利:106449897B);国度纳米中间刘前团队临时处置微纳加工办法及设置装备摆设的立异研讨,开展出了多种新型微纳加工办法以及技能(专著:Novel Optical Technologies for Nanofabrications; Nano Letters 17,1065,2017; Nature co妹妹. 7,13742,2016; Adv. Mater. 24,3010,2012; 受权专利:美国US 2011/0111331 A1以及日本J5558466)。

本研讨中运用了研讨团队所开辟的具备完整常识产权的激光直写设置装备摆设,应用了激光与物资的非线性互相感化来进步加工辨别率,其有别于传统的延长激光波长或者增年夜数值孔径的技能途径;并冲破了传统激光直写技能中受体资料为无机光刻胶的限定,可以使用多种受体资料,极年夜地扩大了激光直写的使用场景。

本项任务中,研讨团队针对于激光微纳加工中所面对的实践成绩动身,很好地处理了高效以及高精度之间的固有冲突,开辟的新型微纳加工技能正在集成电路、光子芯片、微电机零碎等浩繁微纳加工范畴展示了宽广的使用远景。 

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图1 亚十纳米图形构造的使用范畴以及标的目的。 

本任务中,基于光热反响机理,研讨团队计划开辟了一种新型三层重叠薄膜构造。正在有机钛膜光刻胶上,采纳双激光束(波长为405 nm)交叠技能(见图2a),经过准确把持能量密度及步长,完成了1/55衍射极限的打破(NA=0.9),到达了最小5nm的特点线宽。

别的,研讨团队还应用这类超辨别的激光直写技能,完成了纳米狭缝电极阵列构造的年夜范围制备(如图2b-c)。相较而言,采纳惯例聚焦离子束刻写,制备一个纳米狭缝电极需求10到20分钟,而应用本文开辟的激光直写技能,能够一小时制备约5×105个纳米狭缝电极,展现了可用于年夜范围消费的后劲。 

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图2 双束交叠加工技能表示图(左)以及5 nm 狭缝电极电镜图(右)。 

纳米狭缝电极作为纳米光电子器件的根本构造,有着极其普遍的使用。

正在本研讨中,该团队还应用开展的新技能制备出了纳米狭缝电极其根本构造的多维度可调的电控纳米SERS传感器。可正在传感器一维标的目的上对于反响“热门”实现定点可控,完成了相似逻辑门“0”、“1”旌旗灯号的编码以及反复(图3a-b),并可经过狭缝间距以及外加电压的改动,完成了对于反响“热门”强度的准确可调(图3c-d),这对于外表迷信以及痕量检测等研讨有侧重要的意思。 

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图3 (a)纳米SERS传感器的光学显微镜图;(b)一维线性扫描下拉曼旌旗灯号谱;(c)差别宽度下拉曼旌旗灯号谱;(d)差别外加电压下拉曼旌旗灯号谱。 

该论文第一作者为中科院姑苏纳米所与中国迷信技能年夜学结合培育硕士研讨生秦亮。中科院姑苏纳米所与兰州年夜学结合培育的博士研讨生黄源清以及青岛年夜学物理学院夏峰为文章的配合第一作者。

张子旸研讨员以及刘前研讨员为论文的通信作者。本任务失掉了国度重点研讨方案名目(2016YFA0200403)、国度天然迷信基金(No.6287522二、11874390、51971070)、Eu-FP7名目(No.247644)、中国博士后迷信基金(2017M612182)的撑持。