约翰斯·霍普金斯大学的研究人员提出了一种新型芯片制造技术,该技术采用波长为6.5纳米至6.7纳米的激光(即软X射线),有望将光刻工具的分辨率提升至5纳米及更小。科学家将这种方法称为“超极紫外光刻”(B-EUV),暗示其可能取代行业标准的极紫外光刻技术,但研究人员承认,目前距离建造出实验性B-EUV设备仍需数年时间。

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理论上,软X射线可挑战高数值孔径光刻技术。当前最先进的芯片采用波长为13.5纳米的极紫外光刻技术制造,可实现13纳米(0.33数值孔径的低数值孔径EUV)、8纳米(0.55数值孔径的高数值孔径EUV)甚至4至5纳米(0.7-0.75数值孔径的超高数值孔径EUV)的特征尺寸,但代价是系统复杂度和成本极高——这些配备尖端光学器件的设备造价达数亿美元。

通过使用更短波长,约翰斯·霍普金斯大学的研究团队即使采用中等数值孔径的透镜也能获得本质分辨率提升。但B-EUV技术面临多重挑战:首先,B-EUV光源尚未成熟,多种产生6.7纳米波长辐射的方法(如钆激光等离子体)仍无行业标准;其次,该波长的高光子能量与传统光刻胶材料相互作用不佳;第三,由于几乎所有材料都会吸收而非反射此波长的光,相关多层镀膜反射镜尚未问世。此外,这类光刻设备需从头设计,目前缺乏配套组件与耗材的生态系统。

迈克尔·萨帕特西斯教授带领的研究团队重点攻克了B-EUV光与光刻胶材料的相互作用难题。他们发现锌等金属能吸收B-EUV光并发射电子,从而触发咪唑类有机化合物的化学反应,实现在半导体晶圆上蚀刻精细图案。值得注意的是,锌在传统13.5纳米EUV光下表现不佳,但在更短波长下效果显著,印证了材料与波长匹配的重要性。

研究团队开发出化学液相沉积(CLD)技术,能以每秒1纳米的速度在硅晶圆上生长非晶沸石咪唑酯框架(aZIF)薄膜。该技术还可快速测试不同金属-咪唑组合,为特定光刻波长寻找最佳配对。研究人员表示,该方法为制造商提供了至少10种金属元素和数百种有机配体的工具箱,可针对不同光刻平台定制光刻胶。

尽管未完全解决B-EUV的光源功率和掩模版等所有挑战,但该研究突破了最关键的瓶颈——找到了适用于6纳米波长的光刻胶材料。CLD工艺不仅适用于半导体领域,在非半导体领域也具有广泛应用前景。


文章标签: #光刻技术 #半导体 #软X射线 #纳米制造 #芯片制造

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