眾所周知，目前5nm及以下的尖端半導(dǎo)體制程必須要用到價(jià)格極其高昂的EUV光刻機(jī)，ASML是全球唯一的供應(yīng)商。而更為尖端2nm制程的則需要用到ASML新一代0.55 NA EUV光刻機(jī)，售價(jià)或高達(dá)4億美元。英特爾正計(jì)劃利用新一代0.55 NA EUV光刻機(jī)來(lái)開發(fā)其Intel 20A（2nm）及18A（1.8nm）制程。但是，要想實(shí)現(xiàn)1nm以下的更先進(jìn)的制程，即便是ASML新一代0.55 NA EUV光刻機(jī)也束手無(wú)策。
近日，美國(guó)一家旨在開發(fā)和商業(yè)化原子精密制造 （APM） 技術(shù)的公司Zyvex宣布推出了全球分辨率最高的亞納米分辨率光刻系統(tǒng)“ZyvexLitho1”，其并沒有采用EUV光刻技術(shù)，而是基于STM掃描隧道顯微鏡，使用的是電子束光刻（EBL）方式，可以制造出具有0.768nm線寬（相當(dāng)于2個(gè)硅原子的寬度）的芯片，精度遠(yuǎn)超EUV光刻機(jī)，是當(dāng)前制造精度最高的光刻系統(tǒng)。
這個(gè)光刻機(jī)制造出來(lái)的芯片主要是用于量子計(jì)算機(jī)，可以制造出高精度的固態(tài)量子器件，以及納米器件及材料，對(duì)量子計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)精度非常重要。
Zyvex是致力于生產(chǎn)原子級(jí)精密制造工具的納米技術(shù)公司。這個(gè)產(chǎn)品是在DARPA（國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局）、陸軍研究辦公室、能源部先進(jìn)制造辦公室和德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校的Reza Moheimani教授的支持下完成的，被國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)授予工業(yè)成就獎(jiǎng)。
氫去鈍化光刻（HDL）：實(shí)現(xiàn)更高的分辨率和精度
氫去鈍化光刻（HDL）是電子束光刻（EBL）的一種形式，它通過(guò)非常簡(jiǎn)單的儀器實(shí)現(xiàn)原子分辨率，并使用能量非常低的電子。它使用量子物理學(xué)有效地聚焦低能電子和振動(dòng)加熱方法，以產(chǎn)生高度非線性（多電子）的曝光機(jī)制。HDL使用附著在硅表面的單層H原子作為非常薄的抗蝕劑層，并使用電子刺激解吸在抗蝕劑中創(chuàng)建圖案。
傳統(tǒng)EBL使用大型昂貴的電子光學(xué)系統(tǒng)和非常高的能量（200Kev）來(lái)實(shí)現(xiàn)小光斑尺寸；但是高能電子（獲得小光斑尺寸所必需的）分散在傳統(tǒng)EBL使用的聚合物抗蝕劑中，并分散沉積的能量，從而形成更大的結(jié)構(gòu)。HDL實(shí)現(xiàn)了比傳統(tǒng)EBL更高的分辨率和精度。
數(shù)據(jù)顯示，光刻膠中的沉積能量不會(huì)下降到光束中心的10%，直到徑向距離約為4nm。
使用HDL，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)能夠暴露比EBL的10%閾值半徑小>10倍的單個(gè)原子。這個(gè)小得多的曝光區(qū)域令人驚訝，因?yàn)镠DL不使用光學(xué)器件，只是將鎢金屬尖端放置在H鈍化硅樣品上方約1nm處。人們會(huì)期望，如果沒有光學(xué)器件來(lái)聚焦來(lái)自尖端的電子，那么曝光區(qū)域會(huì)更大。
距H鈍化硅表面約1nm的W掃描隧穿顯微鏡（STM）尖端
電子似乎不太可能只遵循暴露單個(gè)H原子所需的實(shí)心箭頭路徑。為了解決這個(gè)謎團(tuán)，必須了解電子實(shí)際上不是從尖端發(fā)射（在成像和原子精密光刻模式下），而是從樣品到尖端（在成像模式下）或從尖端到樣品（在光刻模式下）模式。使用具有無(wú)限平坦和導(dǎo)電襯底的簡(jiǎn)單模型、STM尖端頂點(diǎn)處單個(gè)W原子的發(fā)射以及簡(jiǎn)化的隧穿電流模型，我們將看到電流隨著隧穿距離呈指數(shù)下降。
ZyvexLitho1的五大特色功能
ZyvexLitho1 系統(tǒng)基于 Zyvex Labs 自 2007 年以來(lái)一直在完善的掃描隧道顯微鏡 （STM） 技術(shù)，配備了低噪聲、低延遲的20位數(shù)字控制系統(tǒng)，允許用戶為固態(tài)量子器件和其他納米器件和材料創(chuàng)建原子精度的圖案。ZyvexLitho1套件還包括配置用于構(gòu)建量子器件的 ScientaOmicron 超高真空 STM（掃描隧穿顯微鏡）。這也使得ZyvexLitho1系統(tǒng)具備其他任何商業(yè)掃描隧道顯微鏡不具備的功能和自動(dòng)化功能，包括：能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)失真成像、自適應(yīng)電流反饋回路、自動(dòng)晶格對(duì)準(zhǔn)、數(shù)字矢量光刻、自動(dòng)化腳本和內(nèi)置計(jì)量。
現(xiàn)在下單，6個(gè)月后即可交貨
需要強(qiáng)調(diào)的是，ZvyvexLitho1系統(tǒng)并不是一款實(shí)驗(yàn)室原型產(chǎn)品，而是一款已經(jīng)可以商用的產(chǎn)品。根據(jù)Zyvex Labs官網(wǎng)介紹，目前其正在接受 ZvyvexLitho1 系統(tǒng)的訂單，交貨時(shí)間約為六個(gè)月。
據(jù)悉，ZvyvexLitho1將會(huì)有標(biāo)準(zhǔn)版和高級(jí)版兩個(gè)不同版本，具體售價(jià)未知。
EBL能取代傳統(tǒng)光刻嗎？
所謂光刻，是芯片制造中的一種圖案化工藝。該過(guò)程涉及將圖案從光掩模轉(zhuǎn)移到基板。這主要是使用配備有光學(xué)光源的步進(jìn)器和掃描儀來(lái)完成的，這也是我們現(xiàn)在主流的芯片制造方式，大家熟悉的EUV和DUV就是使用這種方式的。
其他形式的光刻包括直寫電子束（direct-write e-beam）和納米壓印（ nanoimprint）。在研發(fā)中還有幾種下一代光刻（NGL）技術(shù)——如多光束電子束和定向自組裝（DSA）。
據(jù)美國(guó)NIST方面介紹，電子束光刻允許精細(xì)控制納米結(jié)構(gòu)特征，這些特征構(gòu)成多種器件技術(shù)的基礎(chǔ)。讓10 nm 的橫向分辨率、1 nm 的放置精度和 1 mm 的圖案化區(qū)域都是可能的。然而，實(shí)現(xiàn)這些性能指標(biāo)取決于許多特定于樣品的相互依賴的因素——圖案定義和斷裂、基板和掩模材料、曝光前和曝光后工藝、對(duì)準(zhǔn)特征定義——以及關(guān)鍵的細(xì)節(jié)光刻系統(tǒng)的操作。
NIST表示，作為一項(xiàng)核心能力，其開發(fā)的工藝處于或接近傳統(tǒng)電子束光刻技術(shù)的極限，以推進(jìn)各個(gè)領(lǐng)域的納米級(jí)設(shè)備和測(cè)量科學(xué)，例如：用于精確計(jì)時(shí)的芯片級(jí)頻率梳；用于波長(zhǎng)和量子頻率轉(zhuǎn)換的非線性集成光學(xué)；用于傳感、轉(zhuǎn)換和非線性動(dòng)力學(xué)研究的片上腔光機(jī)械和微/納米機(jī)電系統(tǒng)；具有用于量子信息的非線性和量子發(fā)射器光源的量子光子集成電路；從紫外到紅外的超表面，用于捕獲和探測(cè)原子和離子、偏振測(cè)量、成像和時(shí)空超快激光脈沖整形；用于像差校正的光學(xué)顯微鏡標(biāo)準(zhǔn)。
但正如很多報(bào)道中所說(shuō)，其吞吐和準(zhǔn)確度，限制了EBL的發(fā)展。根據(jù)eBeam Initiative的一份調(diào)查顯示，使用類似電子書光刻這樣的直寫設(shè)備制作一份掩膜寫入時(shí)間大概在2.5到13個(gè)小時(shí)不等，其平均數(shù)在6.8個(gè)小時(shí)。根據(jù)該組織的報(bào)告，對(duì)于復(fù)雜掩膜而言，最長(zhǎng)寫入時(shí)間在14到60個(gè)小時(shí)。一般來(lái)說(shuō)，制造商們對(duì)于寫入時(shí)間超過(guò)24個(gè)小時(shí)的掩膜設(shè)計(jì)方案會(huì)比較頭疼。因?yàn)檫^(guò)長(zhǎng)的寫入時(shí)間就意味著更高的成本，更長(zhǎng)的處理時(shí)間和良率問題。
總結(jié)來(lái)說(shuō)，雖然EBL電子束光刻機(jī)的精度可以輕松超過(guò)EUV光刻機(jī)，但是，這種技術(shù)的缺點(diǎn)也很明顯，那就是產(chǎn)量很低，無(wú)法大規(guī)模制造芯片，只適合制作那些小批量的高精度芯片或者器件，指望它們?nèi)〈鶨UV光刻機(jī)也不現(xiàn)實(shí)。
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