我科學(xué)家另辟蹊徑造出9納米光刻試驗樣機

記者從武漢光電國家研究中心獲悉，該中心甘棕松團(tuán)隊采用二束激光在自研的光刻膠上突破了光束衍射極限的限制，采用遠(yuǎn)場光學(xué)的辦法，光刻出最小9納米線寬的線段，實現(xiàn)了從超分辨成像到超衍射極限光刻制造的重大創(chuàng)新。

光刻機是集成電路生產(chǎn)制造過程中的關(guān)鍵設(shè)備，主流深紫外（DUV）和極紫外（EUV）光刻機主要由荷蘭ASML公司壟斷生產(chǎn)，屬于國內(nèi)集成電路制造業(yè)的“卡脖子”技術(shù)。2009年甘棕松團(tuán)隊遵循諾貝爾化學(xué)獎得主德國科學(xué)家斯特凡·W·赫爾的超分辨熒光成像的基本原理，在沒有任何可借鑒的技術(shù)情況下，開拓了一條光制造新的路徑。

雙光束超衍射極限光刻技術(shù)完全不同于目前主流集成電路光刻機不斷降低光刻波長，從193納米波長的深紫外（DUV）過渡到13.5納米波長的極紫外（EUV）的技術(shù)路線。甘棕松團(tuán)隊利用光刻膠材料對不同波長光束能夠產(chǎn)生不同的光化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過精心的設(shè)計，讓自主研發(fā)的光刻膠能夠在第一個波長的激光光束下產(chǎn)生固化，在第二個波長的激光光束下破壞固化；將第二束光調(diào)制成中心光強為零的空心光與第一束光形成一個重合的光斑，同時作用于光刻膠，于是只有第二束光中心空心部分的光刻膠最終被固化，從而遠(yuǎn)場突破衍射極限。

該技術(shù)原理自2013年被甘棕松等驗證以來，一直面臨從原理驗證樣機到可商用化的工程樣機的開發(fā)困難。團(tuán)隊經(jīng)過2年的工程技術(shù)開發(fā)，分別克服了材料，軟件和零部件國產(chǎn)化等三個方面的難題。開發(fā)了綜合性能超過國外的包括有機樹脂、半導(dǎo)體材料、金屬等多類光刻膠，采用更具有普適性的雙光束超分辨光刻原理解決了該技術(shù)所配套光刻膠種類單一的問題。實現(xiàn)了微納三維器件結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造軟件一體化，可無人值守智能制造。

同時通過合作實現(xiàn)了樣機系統(tǒng)關(guān)鍵零部件包括飛秒激光器、聚焦物鏡等的國產(chǎn)化，在整機設(shè)備上驗證了國產(chǎn)零部件具有甚至超越國外同類產(chǎn)品的性能。雙光束超衍射極限光刻系統(tǒng)目前主要應(yīng)用于微納器件的三維光制造，未來隨著進(jìn)一步提升設(shè)備性能，在解決制造速度等關(guān)鍵問題后，該技術(shù)將有望應(yīng)用于集成電路制造。甘棕松說，最關(guān)鍵的是，我們打破了三維微納光制造的國外技術(shù)壟斷，在這個領(lǐng)域，從材料、軟件到光機電零部件，我們都將不再受制于人。