眾所周知，目前5nm及以下的尖端半導體制程必須要用到價格極其高昂的EUV光刻機，ASML是全球唯一的供應商。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，售價或高達4億美元。英特爾正計劃利用新一代0.55 NA EUV光刻機來開發(fā)其Intel 20A（2nm）及18A（1.8nm）制程。但是，要想實現(xiàn)1nm以下的更先進的制程，即便是ASML新一代0.55 NA EUV光刻機也束手無策。
近日，美國一家旨在開發(fā)和商業(yè)化原子精密制造 （APM） 技術的公司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，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（相當于2個硅原子的寬度）的芯片，精度遠超EUV光刻機，是當前制造精度最高的光刻系統(tǒng)。
這個光刻機制造出來的芯片主要是用于量子計算機，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，對量子計算機來說精度非常重要。
Zyvex是致力于生產(chǎn)原子級精密制造工具的納米技術公司。這個產(chǎn)品是在DARPA（國防高級研究計劃局）、陸軍研究辦公室、能源部先進制造辦公室和德克薩斯大學達拉斯分校的Reza Moheimani教授的支持下完成的，被國際自動控制聯(lián)合會授予工業(yè)成就獎。
氫去鈍化光刻（HDL）：實現(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，它通過非常簡單的儀器實現(xiàn)原子分辨率，并使用能量非常低的電子。它使用量子物理學有效地聚焦低能電子和振動加熱方法，以產(chǎn)生高度非線性（多電子）的曝光機制。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系統(tǒng)和非常高的能量（200Kev）來實現(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，從而形成更大的結構。HDL實現(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下降到光束中心的10%，直到徑向距離約為4nm。
使用HDL，實驗團隊能夠暴露比EBL的10%閾值半徑小>10倍的單個原子。這個小得多的曝光區(qū)域令人驚訝，因為HDL不使用光學器件，只是將鎢金屬尖端放置在H鈍化硅樣品上方約1nm處。人們會期望，如果沒有光學器件來聚焦來自尖端的電子，那么曝光區(qū)域會更大。
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H原子所需的實心箭頭路徑。為了解決這個謎團，必須了解電子實際上不是從尖端發(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。使用具有無限平坦和導電襯底的簡單模型、STM尖端頂點處單個W原子的發(fā)射以及簡化的隧穿電流模型，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 年以來一直在完善的掃描隧道顯微鏡 （STM） 技術，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化功能，包括：能夠實現(xiàn)無失真成像、自適應電流反饋回路、自動晶格對準、數(shù)字矢量光刻、自動化腳本和內置計量。
現(xiàn)在下單，6個月后即可交貨
需要強調的是，ZvyvexLitho1系統(tǒng)并不是一款實驗室原型產(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，交貨時間約為六個月。
據(jù)悉，ZvyvexLitho1將會有標準版和高級版兩個不同版本，具體售價未知。
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。該過程涉及將圖案從光掩模轉移到基板。這主要是使用配備有光學光源的步進器和掃描儀來完成的，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?。?nanoimprint）。在研發(fā)中還有幾種下一代光刻（NGL）技術——如多光束電子束和定向自組裝（DSA）。
據(jù)美國NIST方面介紹，電子束光刻允許精細控制納米結構特征，這些特征構成多種器件技術的基礎。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，實現(xiàn)這些性能指標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、對準特征定義——以及關鍵的細節(jié)光刻系統(tǒng)的操作。
NIST表示，作為一項核心能力，其開發(fā)的工藝處于或接近傳統(tǒng)電子束光刻技術的極限，以推進各個領域的納米級設備和測量科學，例如：用于精確計時的芯片級頻率梳；用于波長和量子頻率轉換的非線性集成光學；用于傳感、轉換和非線性動力學研究的片上腔光機械和微/納米機電系統(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，用于捕獲和探測原子和離子、偏振測量、成像和時空超快激光脈沖整形；用于像差校正的光學顯微鏡標準。
但正如很多報道中所說，其吞吐和準確度，限制了EBL的發(fā)展。根據(jù)eBeam Initiative的一份調查顯示，使用類似電子書光刻這樣的直寫設備制作一份掩膜寫入時間大概在2.5到13個小時不等，其平均數(shù)在6.8個小時。根據(jù)該組織的報告，對于復雜掩膜而言，最長寫入時間在14到60個小時。一般來說，制造商們對于寫入時間超過24個小時的掩膜設計方案會比較頭疼。因為過長的寫入時間就意味著更高的成本，更長的處理時間和良率問題。
總結來說，雖然EBL電子束光刻機的精度可以輕松超過EUV光刻機，但是，這種技術的缺點也很明顯，那就是產(chǎn)量很低，無法大規(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，指望它們取代EUV光刻機也不現(xiàn)實。
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