我國成功研發(fā)出9nm線寬雙光束超衍射極限光刻試驗樣機 打破國外技術(shù)壟斷

4月10日記者從武漢光電國家研究中心獲悉，該中心甘棕松團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。

***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）***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。

9nm線寬雙光束超衍射極限光刻試驗樣機

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***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，從而遠場突破衍射極限。

納米加工三維結(jié)構(gòu)的設(shè)計及實際光刻效果圖

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。