5 nm精度极紫外干涉技术，助力突破光刻衍射极限

云币网官网 2024年09月17日 14:13 21 Connor

瑞士Paul Scherrer研究所(PSI)的研究人员开发了一种新的EUV-IL装置，该装置采用基于反射镜的技术，突破了传统基于光栅方法固有的衍射效率对衍射极限的限制，显著提高了光刻的分辨率，可用于制造更密集的电路模式，有望进一步推进计算机芯片的小型化。相关研究成果以“Extreme ultraviolet lithography reaches 5 nm resolution”为题，发表在Nanoscale上。（原文链接：）

光刻技术演进，见证芯片的巨变

目前微米级芯片的导电通道一般相隔12nm，而PSI的研究人员已经成功制造出了5nm间距的通道。这意味着采用该技术可以设计出比以前更紧凑的电路。Giannopoulos表示，“我们的工作展示了光刻的潜力，这对工业界和学术研究来说都是重要的一步。”

1970年，一个微米级芯片上通常只能容纳大约1000个晶体管。而50多年后的今天，一个仅比指尖大一点的区域就可以容纳大约600亿个元件，这些元件都是用光刻技术制造的。制造流程可以简略概括为：1）在硅晶圆上旋涂上一层光刻胶来构成光敏层；2）将其暴露在与芯片版图相对应的光模式下，可以改变光刻胶的化学性质（溶解性）；3）根据使用的正（负）胶，显影去除暴露（未暴露）的区域，在晶圆上留下导电通道，形成所需的布线图案。

长期以来，工业界广泛使用波长为193 nm的深紫外（DUV）光刻技术。自2019年以来，制造商一直在量产中使用波长为13.5 nm的EUV光刻技术；更短波长的极紫外光可以曝光更精细的结构，分辨率低至10 nm或更小。最近在PSI，研究人员使用瑞士光源(SLS)照射并进行探究，最终将入射光波长调整为13.5 nm。

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图1 PSI的研究员Iason Giannopoulos手持用于在SLS进行EUV光刻实验的装置部件照片。图片由PSI/Mahir Dzambegovic提供

新一代极紫外光刻工具引领芯片制造革命

PSI的研究人员通过间接暴露样品扩展了传统的EUV光刻技术。图2是研究人员开发的极紫外光反射镜干涉光刻技术（MIL）的原理示意图，两束相干光通过两个相同的反射镜反射到晶圆上，形成干涉图案，其周期取决于入射角和光的波长。为了评估MIL装置的性能，在高分辨率的HSQ（Hydrogen silsesquioxane，氢倍半硅氧烷）光刻胶上进行图案曝光。通过单次曝光，分别在掠射角（α）17°和21.2°下实现了特征尺寸6 nm和5 nm的干涉图案。

目前，这种方法并不适用于工业界芯片生产，因为与工业标准相比，它的速度较慢，并且只能生产简单和周期性的结构，不能生产具有复杂结构的芯片。但是，它为未来芯片生产所需光刻胶的早期开发提供了一种方法，能实现目前工业界无法达到的分辨率。

该团队表示，他们计划在SLS使用一种新的EUV工具继续他们的研究，该研究将持续到2025年底；新工具与目前正在升级的SLS 2.0相结合，预计将极大地改善性能和功能。

为了推动激光光刻领域的高水平发展并促进学术交流，于2024年6月组织出版了“”专题。该专题系统深入地展示了该领域的研究前沿与发展动向。欢迎关注！

1.（特邀）（封面）

唐枫，潘登*，俞飞，黄锟境，胡衍雷，吴东，李家文

中国科学技术大学精密机械与精密仪器系

2.（封底）

王鑫，李中梁*，袁春晓

中国科学院上海光学精密机械研究所高端光电装备部先进光源与系统研发中心

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