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    標題 0.768nm 堪比兩個硅原子！美國造出全球最高分辨率的光刻機
    分類 熱點事件
    內容

    眾所周知，在當前5nm及以下的尖端半導體制造工藝中，必須使用全球唯一供應商EUV光刻機。

    對于更復雜的2nm工藝，需要ASML新一代0.55 NA EUV光刻機，價格可能高達4億美元。

    英特爾正計劃通過使用新一代0.55 NA EUV掩模對準器來開發其英特爾20A(2納米)和18A(1.8納米)工藝。

    然而，即使是ASML新一代0.55 NA EUV光刻機也無法實現更先進的1nm以下工藝。

    近日，旨在開發和商業化原子精密制造(APM)技術的美國公司Zyvex Labs宣布推出世界上分辨率最高的亞納米分辨率光刻系統‘zyvextlitho 1’。

    它不是EUV光刻，而是基于STM掃描隧道顯微鏡，使用EBL(電子束光刻)，可以做出線寬為0.768nm(相當于兩個硅原子的寬度)的芯片，精度遠超EUV光刻機。

    : 63303adb8e9f097e74510966_10245707.jpg 1.更高分辨率和精度的關鍵：氫鈍化光刻

    ZyvexLitho1采用的自研電子束光刻(EBL)技術的核心是通過氫鈍化光刻(HDL)去除Si(100)21二聚體行重構表面的氫(H)原子。

    氫鈍化光刻是EBL的一種形式，它用非常簡單的儀器實現原子分辨率，并使用能量非常低的電子。

    它利用量子物理有效聚焦低能電子和振動加熱法產生高度非線性(多電子)的曝光機制。附著在硅表面的HDL的單層H原子被用作非常薄的抗蝕劑層，并且通過電子刺激解吸在抗蝕劑中產生圖案。

    傳統的EBL使用大且昂貴的電子光學系統和非常高的能量(200Kev)來實現小的光斑尺寸；然而，高能電子(獲得小光點尺寸所必需的)分散在傳統EBL中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實現了比傳統EBL更高的分辨率和精度。

    數據顯示光致抗蝕劑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，實驗小組能夠暴露一個比EBL閾值半徑小10倍的單個原子。

    這個小得多的曝光面積令人驚訝，因為HDL不使用光學器件，而是僅將鎢金屬尖端放置在H鈍化硅樣品上方約1nm處。

    可以預期，如果沒有光學器件來聚焦來自尖端的電子，曝光區域將會更大。

    63303adb8e9f097e74510967_10245707.jpgW掃描隧道顯微鏡(STM)針尖距氫(H)鈍化硅表面約1nm

    電子似乎不太可能只遵循暴露單個氫原子所需的實心箭頭路徑。

    要解開這個謎團，需要知道電子實際上并不是從針尖發射的(在成像和原子精密光刻模式下)，而是從樣品到針尖(在成像模式下)或者從針尖到樣品(在光刻模式下)。

    使用具有無限平坦和導電襯底的簡單模型、STM尖端頂點處的單個W原子的發射以及簡化的隧道電流模型，我們將看到電流隨著隧道距離呈指數下降。

    63303adb8e9f097e74510968_10245707.jpg如果沒有亞納米的分辨率和精度，這種7.7 nm (10像素)的正方形曝光是不可能的。

    二、ZyvexLitho1的五大特點

    ZyvexLitho1系統基于Zyvex實驗室自2007年以來一直在完善的掃描隧道顯微鏡(STM)技術。它配備了低噪聲、低延遲的20位數字控制系統，允許用戶為固態量子器件和其他納米器件和材料創建原子級精度的圖案。

    ZyvexLitho1套件還包括一個科學微米超高真空STM，用于構建量子設備。

    這也使得ZyvexLitho1系統具備了其他任何商用掃描隧道顯微鏡所不具備的功能和自動化功能，包括：無失真成像、自適應電流反饋回路、自動點陣對準、數字矢量光刻、自動腳本和內置計量。

    63303adb8e9f097e74510969_10245707.jpgzyvextlitho 1系統

    :無損成像：

    Zyvex Labs聲稱，ZyvexLitho1系統具有專有的蠕變和滯后位置校正算法，支持無失真成像和原子級精確的針尖定位，以實現前所未有的光刻精度。

    63303adb8e9f097e7451096b_10245708.jpg200秒內500納米跳躍后未校正的蠕變與蠕變校正后的比較

    自適應電流反饋環路：

    所有商用STM都使用相同的比例積分(PI)回路來升高和降低STM尖端，因為它掃描以保持設定點電流。不幸的是，這個簡單的控制循環表明崩潰是常見的。如果僅用于成像，這是可以容忍的，但是當進行光刻時，這是一個嚴重的問題。ZyvexLitho1的控制系統采用了專利的自適應電流控制回路，可以顯著減少針尖碰撞。

    63303adb8e9f097e7451096c_10245708.jpg上圖顯示了硅表面上的線掃描，其中幾個擾動導致profile E中的電流誤差，其中控制環路是標準PI環路。在配置文件F中，自適應控制回路開啟，尖端掃描同一行。更精確的電流控制可以提供更精確的輪廓，并且當表面擾動較大時，可以避免尖端碰撞。(資料來源：Tajaddodianfar，f .Moheimani，S.O.R .Randall，J. N. ( 2018)。掃描隧道顯微鏡控制：基于在線局部勢壘高度估計的自校正PI控制器。IEEE控制系統技術匯刊，112。https://doi.org/10.1109/TCST.2018.2844781)

    自動點陣對齊：

    由于光刻模式和成像模式在能量上有很好的分離，所以在光刻前后都可以對硅表面成像。這種非曝光成像模式允許自動識別硅晶格，因此可以自動識別表面上像素的位置。這種晶格鎖定過程自動保持針尖定位(以及光刻)的準確性。

    數字矢量平版印刷

    ZyvexLitho1使用氫鈍化光刻從Si (100) 2 1二聚體行的重構表面去除氫(H)原子。這種自顯影曝光技術本質上是二元的。

    氫硅鍵要么斷裂(氫原子被送入真空中)，要么不斷裂。沒有部分曝光或鄰近效應。使用該工藝和全局參考網格作為硅表面的晶格允許數字光刻。

    子像素是四個表面硅原子?？梢詫⑴cZyvex Labs的像素網格具有相同設計網格的計算機輔助設計(CAD)文件加載到ZyvexLitho1中，并且可以將圖案自動分成不同的幾何形狀，從而允許尖端矢量與不同的光刻模式一起使用。然后可以自動執行曝光。

    63303adb8e9f097e7451096e_10245708.jpg自動化和腳本：

    幾乎所有的操作都可以自動化。單個命令或腳本的命令行界面。以及內置的腳本菜單，供用戶編寫腳本。幾何形狀、矢量列表、黑白位圖等多模式輸入模式3354。

    內置計量：

    提供無損成像模式，使得新圖案可以與舊圖案對準，并且可以在寫入后檢查圖案質量。

    第三，現在下單，6個月就可以發貨。

    需要強調的是，ZvyvexLitho1系統不是實驗室原型產品，而是商業產品。

    根據Zyvex Labs官網顯示，目前正在接受ZvyvexLitho1系統的訂單，發貨時間大概在半年左右。

    63303adb8e9f097e7451096f_10245709.jpg 63303adb8e9f097e74510970_10245709.jpg據悉，ZvyvexLitho1將有兩個不同的版本，標準版和高級版。具體價格不詳。

    Zyvex實驗室表示，ZvyvexLitho1制造的芯片可以生產高精度的固態量子器件，以及納米器件和材料，精度對量子計算機非常重要。使量子計算機獲得強大的加密，以實現真正的安全通信，更快地開發新藥，做出更準確的天氣預報。

    2015年費曼獎得主、硅量子計算公司首席執行官、新南威爾士大學量子計算和通信技術中心主任米歇爾西蒙斯教授說：‘構建可擴展的量子計算機面臨許多挑戰。我們堅信，要實現量子計算的全部潛力，需要高精度制造。我們對ZyvexLitho1感到興奮，這是第一個提供原子級精確模式的商業工具。

    STM技術的發明者、2014年費曼獎得主、伊利諾伊大學教授喬萊丁(Joe Lyding)說：“到目前為止，Zyvex實驗室技術是這種原子級精密光刻技術最先進、也是唯一的商業實現?！?

    Scitaomicron的SPM產品經理Andreas Bettac博士表示：“在這里，我們將最新的超高真空系統設計與Scitaomicron成熟的SPM以及Zyvex專用于STM光刻的高精度STM控制器相結合。我期待著與Zyvex繼續富有成效的合作。

    雖然EBL電子束掩模版光刻機的精度可以輕松超過EUV掩模版光刻機，但是這種技術的缺點也很明顯，就是產量很低(參見前面的介紹，ZvyvexLitho1光刻500nm位移需要200秒。另外電子束光刻)，不能大規模制作芯片，只適合制作小批量的高精度芯片或器件。但是，這也為半導體制造向1nm以下的皮米級推進提供了一個可行的方向。隨著技術的進步，EBL電子束曝光機未來面臨的一些問題也可能得到解決。

    關于Zyvex

    Zyvex Corporation由Jim Von Ehr于1997年創立，旨在開發和商業化原子精密制造(APM)技術，以制造具有原子精度的產品。如果開發得當，APM允許靈活制造各種產品，從設計材料到超級計算機到先進的醫療設備。

    在創辦Zyvex Corporation之前，Jim作為軟件企業家的背景使他意識到APM(創建‘數字物質’)可以比任何現有技術更有效、更準確、更具成本效益地制造產品。

    在早期，Zyvex公司對APM進行了基礎研究，并經常在這個過程中構建自己的工具。最近，該公司通過開發商業納米材料和納米操縱產品，將這項技術引入市場。

    2001年，Zyvex公司獲得了美國國家標準與技術研究所高級技術計劃(NIST ATP)的一項重要研究獎。納米技術應用與制造的組裝者：開啟納米技術時代(program ID 70NANB1H3021)是一個為期五年的聯合計劃，與霍尼韋爾和幾所支持微機電系統(MEMS)、納米檢測、納米操縱和其他基礎納米技術工作的大學分擔成本。

    2003年和2004年，Zyvex因開發mini-SEM而獲得美國DARPA(國防高級研究計劃局)頒發的小型企業創新研究(SBIR)獎。Zyvex在電子光學技術方面的發展得到了小型掃描電子顯微鏡和用于生產低成本mini-SEM的制造和組裝技術的支持。

    2004年，Zyvex還獲得了美國能源部頒發的另一項SBIR獎。用于透射電子顯微鏡的MEMS納米探針(項目ID DE-FG 0204ER84130)致力于開發用于透射電子顯微鏡的基于MEMS的納米操作器。這個計劃的結果間接導致了Zyvex MEMS的精細定位平臺的改進。

    2007年4月，Zyvex公司重組為三個獨立的公司，以確保持續專注于產品：Zyvex性能材料有限責任公司，Zyvex儀器有限責任公司和Zyvex實驗室有限責任公司。資產在三家公司之間分配，并為材料和儀器業務雇用了專門的經理。

    目前，Zyvex實驗室有兩個目標：1。發展APM；2.發展微細加工和三維微裝配技術。Zyvex實驗室的MEMS技術是在Zyvex為期5年、價值2500萬美元的NIST ATP項目期間開發的，目前正用于制造微型科學儀器，如微型掃描電子顯微鏡和微型原子力顯微鏡，以及下一代納米檢測系統。這些系統將為更大的市場合作伙伴開發，或者根據最終產品拆分成獨立的公司。Zyvex實驗室也是Nano-Retina的創始合作伙伴，該公司正在建造一種先進的修復視覺設備。

    應該指出，Zyvex實驗室的資金主要來自政府R&D合同、私人投資和合同研究。此次推出的ZvyvexLitho1系統也得到了DARPA、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。

        0.768nm 堪比兩個硅原子！美國造出全球最高分辨率的光刻機 顏色多（五顏六色）千滔滔不絕鈞一發41. 普通的老師在教學生的時候，都力求踏踏實實地把知識傳遞下去，采用明白易懂的語言，甚至反復講解，直至學生用勉強的表情說“我懂了”?？墒俏覀兛垂艜r候老子是怎樣教學生的?孔子向老子請教，老子什么都沒說，只是伸伸舌頭，孔子就能領悟，得出以柔克剛的道理，這玄之又玄的教學方法在今天看來非常不可思議，可為什么教學效果這樣好呢?恐怕還是名師高徒的關系。記憶新單詞最好的方法是每天操練這些單詞。109.若要人不知，除非己莫為?！稘h?枚乘?上書諫吳王》    生怕倚闌干，閣下溪聲閣外山。惟有舊時山共水，依然，暮雨朝云去不還?；搓幨芯n信，漢朝公卿忌賈生。光刻機,分辨率,準確,自動化,芯片17.Great minds think alike. 英雄所見略同。
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