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【行业观察】突发!美国造出0.7nm芯片,不是EUV光刻机造的!

机械工程师 | 以专业知识服务制造业同仁 2022/09/27 07:37

本周,美国公司Zyvex使用电子束光刻技术制造了768皮米,也就是0.7nm的芯片。

Zyvex推出的光刻系统名为ZyvexLitho1,基于STM扫描隧道显微镜,使用的是EBL电子束光刻方式,制造出了0.7nm线宽的芯片,这个精度是远高于EUV光刻系统的,相当于2个硅原子的宽度,是当前制造精度最高的光刻系统。

这个光刻机制造出来的芯片主要是用于量子计算机,可以制造出高精度的固态量子器件,以及纳米器件及材料,对量子计算机来说精度非常重要。

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ZyvexLitho1不仅是精度最高的电子束光刻机,而且还是可以商用的,Zyvex公司已经可以接受其他人的订单,机器可以在6个月内出货。

2015年费曼奖得主、硅量子计算公司的首席执行官、新南威尔士大学量子计算和通信技术中心主任Michelle Simmons教授表示,“建立一个可扩展的量子计算机有许多挑战。我们坚信,要实现量子计算的全部潜力,需要高精度的制造。我们对ZyvexLitho1感到兴奋,这是第一个提供原子级精密图案的商业化工具。”

STM光刻技术的发明者、2014年费曼奖得主、伊利诺伊大学教授Joe Lyding表示:“到目前为止,Zyvex实验室的技术是最先进的,也是这种原子级精确光刻技术的唯一商业化实现。”

Zyvex是致力于生产原子级精密制造工具的纳米技术公司。这个产品是在DARPA(国防高级研究计划局)、陆军研究办公室、能源部先进制造办公室和德克萨斯大学达拉斯分校的Reza Moheimani教授的支持下完成的,他最近被国际自动控制联合会授予工业成就奖,“以支持单原子规模的量子硅设备制造的控制发展”。

氢去钝化光刻(HDL):实现更高的分辨率和精度

氢去钝化光刻(HDL)是电子束光刻(EBL)的一种形式,它通过非常简单的仪器实现原子分辨率,并使用能量非常低的电子。它使用量子物理学有效地聚焦低能电子和振动加热方法,以产生高度非线性(多电子)的曝光机制。HDL使用附着在硅表面的单层H原子作为非常薄的抗蚀剂层,并使用电子刺激解吸在抗蚀剂中创建图案。

传统EBL使用大型昂贵的电子光学系统和非常高的能量(200Kev)来实现小光斑尺寸;但是高能电子(获得小光斑尺寸所必需的)分散在传统EBL使用的聚合物抗蚀剂中,并分散沉积的能量,从而形成更大的结构。HDL实现了比传统EBL更高的分辨率和精度。

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数据显示,光刻胶中的沉积能量不会下降到光束中心的10%,直到径向距离约为4nm。

使用HDL,实验团队能够暴露比EBL的10%阈值半径小>10倍的单个原子。这个小得多的曝光区域令人惊讶,因为HDL不使用光学器件,只是将钨金属尖端放置在H钝化硅样品上方约1nm处。人们会期望,如果没有光学器件来聚焦来自尖端的电子,那么曝光区域会更大。

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距H钝化硅表面约1nm的W扫描隧穿显微镜(STM)尖端

电子似乎不太可能只遵循暴露单个H原子所需的实心箭头路径。为了解决这个谜团,我们必须了解电子实际上不是从尖端发射(在成像和原子精密光刻模式下),而是从样品到尖端(在成像模式下)或从尖端到样品(在光刻模式下)模式。使用具有无限平坦和导电衬底的简单模型、STM尖端顶点处单个W原子的发射以及简化的隧穿电流模型,我们将看到电流随着隧穿距离呈指数下降。

嵌入ZyvexLitho1的是ZyVector。这个20位数字控制系统具有低噪音、低延迟的特点,使用户能够为固态量子设备和其他纳米设备和材料制作原子级的精确图案。ZyvexLitho1是一个完整的扫描隧穿光刻系统,具有任何其他商业扫描隧穿光刻系统不具备的功能:能够实现无失真成像、自适应电流反馈回路、自动晶格对准、数字矢量光刻、自动化脚本和内置计量。

不仅如此,完整的ZyvexLitho1系统还包括一个为制造量子器件而配置的ScientaOmicron超高真空STM(扫描隧穿显微镜)。ScientaOmicron的SPM产品经理Andreas Bettac博士表示:“在这里,我们将最新的超高真空系统设计和ScientaOmicron的成熟的SPM与Zyvex的STM光刻专用的高精度STM控制器相结合。我期待与Zyvex继续进行富有成效的合作。”

虽然EBL电子束光刻机的精度可以轻松超过EUV光刻机,但是,这种技术的缺点也很明显,那就是产量很低,无法大规模制造芯片,只适合制作那些小批量的高精度芯片或者器件,指望它们取代EUV光刻机也不现实。

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