中科院研發新型雷射光刻技術:不用EUV 直擊5nm

2020-12-17 太平洋電腦網資訊中心

　　荷蘭ASML公司是全球唯一能生產EUV光刻機的公司，他們之前表態7nm以下工藝都需要EUV光刻機才行。現在中科院蘇州納米所的團隊開發了一種新的雷射光刻技術，不需要使用EUV技術就可以製備出5nm特徵線寬。

　　半導體光刻最重要的指標是光刻解析度，它跟波長及數值孔徑NA有關，波長越短、NA越大，光刻精度就越高，EUV光刻機就是從之前193nm波長變成了13.5nm波長的EUV極紫外光，而NA指標要看物鏡系統，ASML在這方面靠的是德國蔡司的NA=0.33的物鏡，下一代才回到NA=0.55的水平。

　　中科院蘇州所聯合國家納米中心開展的這項研究有所不同，在無機鈦膜光刻膠上， 採用雙雷射束（波長為405 nm）交疊技術，通過精確控制能量密度及步長，實現了1/55衍射極限的突破（NA=0.9），達到了最小5 nm的特徵線寬。

　　從中可以看出， 國內研究的光刻技術使用的是405nm波長的雷射就實現了NA=0.9的衍射突破 ，可以製備5nm線寬工藝，這是一項重大突破。

　　這個進展很快就會被各大媒體熱炒，不過還是那句話，目前是實驗室中取得的技術突破，並沒有達到量產的程度，而且原文並沒有特意強調是用來生產半導體晶片的，甚至一個字都沒提到是光刻機，它更多地是用於快速製備納米狹縫電極陣列結構。

　　被其他媒體熱炒之後，估計過兩天就能看到中科院方面的闢謠了，類似前兩年那個10nm光刻的新聞一樣。

　　以下是 官方發布的全文 ，有興趣的可以了解下：

　　蘇州納米所聯合國家納米中心在超高精度雷射光刻技術上取得重要進展

　　亞10 nm的結構在集成電路、光子晶片、微納傳感、光電晶片、納米器件等技術領域有著巨大的應用需求（圖1），這對微納加工的效率和精度提出了許多新的挑戰。

　　雷射直寫作為一種高性價比的光刻技術，可利用連續或脈衝雷射在非真空的條件下實現無掩模快速刻寫，大大降低了器件製造成本，是一種有競爭力的加工技術。然而，長期以來雷射直寫技術由於衍射極限以及鄰近效應的限制，很難做到納米尺度的超高精度加工。

　　近期，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張子暘研究員與國家納米中心劉前研究員合作，在Nano Letters上發表了題為「5 nm Nanogap Electrodes and Arrays by a Super-resolution Laser Lithography」的研究論文，報導了一種他們開發的新型5 nm超高精度雷射光刻加工方法（DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00978）。 

　　中科院蘇州納米所張子暘研究員團隊長期從事微納加工技術的開發、高速光通信半導體雷射器、超快雷射器等的研製工作（ACS Photonics 6, 1581, 2019; Light. Sci. Appl. 6,17170, 2018; ACS Photonics, 5, 1084，2018, Adv. Opt. Photon., 2, 201, 2010; 授權專利：106449897B）；國家納米中心劉前團隊長期從事微納加工方法及設備的創新研究，發展出了多種新型微納加工方法和技術（專著：Novel Optical Technologies for Nanofabrications; Nano Letters 17,1065,2017; Nature comm. 7,13742,2016; Adv. Mater. 24,3010,2012; 授權專利：美國US 2011/0111331 A1和日本J5558466）。

　　本研究中使用了研究團隊所開發的具有完全智慧財產權的雷射直寫設備，利用了雷射與物質的非線性相互作用來提高加工解析度，其有別於傳統的縮短雷射波長或增大數值孔徑的技術路徑；並打破了傳統雷射直寫技術中受體材料為有機光刻膠的限制，可使用多種受體材料，極大地擴展了雷射直寫的應用場景。

　　本項工作中，研究團隊針對雷射微納加工中所面臨的實際問題出發，很好地解決了高效和高精度之間的固有矛盾，開發的新型微納加工技術在集成電路、光子晶片、微機電系統等眾多微納加工領域展現了廣闊的應用前景。 

　　本工作中，基於光熱反應機理，研究團隊設計開發了一種新型三層堆疊薄膜結構。在無機鈦膜光刻膠上， 採用雙雷射束（波長為405 nm）交疊技術（見圖2a），通過精確控制能量密度及步長，實現了1/55衍射極限的突破（NA=0.9），達到了最小5nm的特徵線寬。

　　此外，研究團隊還利用這種超分辨的雷射直寫技術，實現了納米狹縫電極陣列結構的大規模製備（如圖2b-c）。 相較而言，採用常規聚焦離子束刻寫，製備一個納米狹縫電極需要10到20分鐘，而利用本文開發的雷射直寫技術，可以一小時製備約5×105個納米狹縫電極，展示了可用於大規模生產的潛力。 


圖2 雙束交疊加工技術示意圖（左）和5 nm 狹縫電極電鏡圖（右）。 

　　納米狹縫電極作為納米光電子器件的基本結構，有著極為廣泛的應用。

　　在本研究中，該團隊還利用發展的新技術製備出了納米狹縫電極為基本結構的多維度可調的電控納米SERS傳感器。可在傳感器一維方向上對反應「熱點」完成定點可控，實現了類似邏輯門「0」、「1」信號的編碼和重複（圖3a-b），並可通過狹縫間距和外加電壓的改變，實現了對反應「熱點」強度的精確可調（圖3c-d），這對表面科學和痕量檢測等研究有著重要的意義。 


圖3 （a）納米SERS傳感器的光學顯微鏡圖；（b）一維線性掃描下拉曼信號譜；（c）不同寬度下拉曼信號譜；（d）不同外加電壓下拉曼信號譜。 

　　該論文第一作者為中科院蘇州納米所與中國科學技術大學聯合培養碩士研究生秦亮。中科院蘇州納米所與蘭州大學聯合培養的博士研究生黃源清和青島大學物理學院夏峰為文章的共同第一作者。

　　張子暘研究員和劉前研究員為論文的通訊作者。本工作得到了國家重點研究計劃項目(2016YFA0200403)、國家自然科學基金(No.62875222、11874390、51971070)、Eu-FP7項目(No.247644)、中國博士後科學基金(2017M612182)的支持。 

　　【來源：快科技】【作者：憲瑞】

相關焦點

  • 中科院突破5nm雷射光刻,ASML光刻機難替代,華為晶片依然艱辛!
    一個好消息傳來，中科院蘇州納米技術與納米仿生研究所張子暘與國家納米中心劉前共同在Nano Letters上發表了一篇研究論文，論文的主要內容是他們所研發的新型5nm高精度雷射光刻加工方法。說到晶片這個問題，一直是我國的弱項，美國也頻繁以此來卡住我國高新企業的脖子。
  • 中科院5nm雷射光刻加工方法被誤讀
    近日，《財經》雜誌發文澄清了一個關於中科院光刻技術突破ASML的誤讀傳言。事情可以追溯至今年7月，中國科學院官網上發布了一則研究進展相關消息，中科院蘇州所聯合國家納米中心在《納米快報》（Nano Letters）上發表了一篇題為《超解析度雷射光刻技術製備5納米間隙電極和陣列》（5 nm Nano gap Electrodes and Arrays by a Super－resolution Laser Lithography）的研究論文，介紹了該團隊研發的「
  • 中科院5nm雷射光刻彎道超車?95後本科生DIY納米級光刻機?背後的...
    /acs.nanolett.0c00978）的研究論文，報導了一種新型5nm超高精度雷射光刻加工方法。 為什麼說是新型呢？因為荷蘭ASML公司是全球唯一能生產EUV光刻機的公司，他們之前表態7nm以下工藝都需要EUV光刻機才行。現在中科院蘇州納米所的團隊開發了一種不需要使用EUV技術就可以製備出5nm特徵線寬的雷射光刻技術。
  • 越過技術壁壘了？中科院正式宣布，網友：不需EUV，直擊5nm
    我們的科學家仍舊只研發出來了90nm的光刻機，雖然上海微電子表示很快就能夠量產28nm的光刻機，但這還是與ASML的5nm光刻機隔了一重山。光刻機最重要的就是光刻解析度，波長越短，光刻精準度才會越高，而在我們中科院的努力下，好消息終於傳來，我們又實現了新的技術突破，中科院正式宣布：新型雷射光刻技術橫空出世，現在我們的科學家可以405nm波長的雙雷射束進行光刻，競爭力等同於5nm的EUV光刻機。
  • 中科院5nm雷射光刻,是否意味可以取代荷蘭的ASML光刻機?
    近日，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員張子暘與國家納米中心研究員劉前合作，成功研發出了一種新型5nm超高精度雷射光刻加工方法。 因此看到中科院5納米光刻技術研究成功，這確實是非常鼓舞人心的事情。 但在這我們不得不給大家潑一盆冷水，中科院的5納米雷射光刻技術，目前還處於實驗室階段，離工業應用以及量產還有很長的路要走。
  • 中科院突破5nm光刻技術壟斷?事實殘酷卻又是把雙刃劍
    （記者 陳洲）這半年來，關於中科院「突破ASML的壟斷」、「不用EUV光刻機就能造成5nm晶片」的消息刷爆了自媒體圈。然而，情況真是這樣嗎？《財經》新媒體近日的報導道出了事實真相：今年7月，中科院蘇州所聯合國家納米中心在《納米快報》上發表了題為《超解析度雷射光刻技術製備5納米間隙電極和陣列》的研究論文，介紹了該團隊研發的新型5 納米超高精度雷射光刻加工方法。該論文的通訊作者博士生導師劉前特別強調，「不用EUV光刻機就能造成5nm晶片」是一個誤讀，超解析度雷射光刻技術與極紫外光刻技術是兩回事。
  • 中科院突破5nm雷射光刻技術，ASML光刻機難以更換，華為晶片仍難
    好消息來了，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所的張子暘和國家納米中心的劉前在《納米快報》上發表了一篇研究論文。其主要內容是他們開發的新型5nm高精度雷射光刻技術加工工藝。 說到晶片，它一直是我們國家的弱點，美國經常用它來掐住我們高科技企業的脖子。 中國科學院新型5nm高精度雷射光刻技術的成功研發填補了我國在這一領域的空白，值得慶賀。
  • 研發出5nm光刻技術？中科院正式宣布
    畢竟根據方案規定，想要與華為合作就必須獲得許可，否則面臨的就會是一輪技術封鎖。日前中科院方面透露：中科院將集中全部力量，藉此來攻克光刻機、關鍵材料等被西方牢牢把控的技術。這意味著「國家隊」正式進場，此外，早在今年七月份，中科院就已經透露研發出新型5nm超高精度雷射光刻技術。
  • 中科院的5nm光刻技術,和ASML的5nm光刻機是兩碼事
    但重要的是當晶片進入到7nm時，必須要用到EUV光刻機，即紫外線光刻機，波長為19.3nm的光源，這種光刻機只有ASML能夠製造，而中國芯要實現7nm或以下技術，就得看ASML的臉色，要看對方賣不賣EUV光刻機給你。
  • 研發出5nm光刻技術？中科院正式宣布
    畢竟根據方案規定，想要與華為合作就必須獲得許可，否則面臨的就會是一輪技術封鎖。日前中科院方面透露：中科院將集中全部力量，藉此來攻克光刻機、關鍵材料等被西方牢牢把控的技術。這意味著「國家隊」正式進場，此外，早在今年七月份，中科院就已經透露研發出新型5nm超高精度雷射光刻技術。
  • 不是光刻機!國產晶片真正軟肋已經浮現,5nm雷射光刻只是剛開始
    導語：據中科院7月7日官網報導，中科院提出了一種新型5nm超高精度雷射光刻加工方法。新聞一出，輿論分為兩個陣營，一邊是覺得中國科技真牛，擺脫國外技術壟斷指日可待；另一邊則認為又是在吹牛，真正實現IC製造怎麼可能在短時間完成。
  • 蘇州納米所研發5nm雷射光刻技術!
    近日，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員張子暘與國家納米中心研究員劉前合作，在Nano Letters上發表了題為5 nm Nanogap Electrodes and Arrays by a Super-resolution Laser Lithography的研究論文，講述了一種新型5nm超高精度雷射光刻加工方法
  • euv 光刻機技術有技術儲備，為什麼
    隨著華為「塔山計劃」 的推出，國內euv光刻機技術也呼之欲出；今年國家對晶片領域巨大的投入，相信通過國家和華為的科研技術的整合和投入這些問題會迎刃而解；光刻機的關鍵部件，光源，透鏡，能量控制器等等，其中光源技術最好的屬於美國，透鏡主要是德國的蔡司鏡頭，可以講光刻機是人類科技集成的結晶，而且歐美專門籤署了一個《瓦森納協定》針對中國的武器以及高科技的技術等。
  • 中科院要大舉研發光刻機還將布局晶片所需的光刻膠、封裝材料研發
    ，會上，中科院公開宣布，：「未來中科院將集結全院之力攻克光刻機、關鍵材料等重點技術，幫助國內科技企業擺脫被西方國家卡脖子的命運。」因為沒有高端光刻機，中芯國際甚至都不敢給華為代工，而華為沒有晶片的話，只能仰人鼻息。　　但是，中科院真有做到嗎？
  • 中科院蘇州納米所研發新型超高精度雷射光刻技術!
    交匯點訊 近日，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員張子暘與國家納米中心研究員劉前合作，在Nano Letters（納米快報）上發表研究論文，報導了一種新型5nm超高精度雷射光刻加工方法。　　亞10nm的結構在集成電路、光子晶片、微納傳感、光電晶片、納米器件等技術領域有應用需求，這對微納加工的效率和精度提出了新挑戰。雷射直寫作為一種高性價比的光刻技術，可利用連續或脈衝雷射在非真空的條件下實現無掩模快速刻寫，降低了器件製造成本，是一種有競爭力的加工技術。然而，雷射直寫技術由於衍射極限以及鄰近效應的限制，很難做到納米尺度的超高精度加工。
  • 不用高端光刻機，也能造出5nm晶片？中科院實現新技術突破
    文|薰兒不用光刻機？晶片是很重要的，雖然它的大部分原材料都是沙子，但是需求量可以跟石油相當，為什麼？因為現在是信息社會，信息社會的血液就是半導體，工業社會的血液就是石油。晶片製造過程中，最重要的就是光刻機，沒有光刻機去畫出電路圖，晶片就做不出來，這個光刻機是很考驗控制和雷射技術的，老美的雷射技術是很強的，真的是不是開玩笑，看過星球大戰的人都應該知道這一點。沒有光刻機，就製造不出晶片，這一點是肯定的，根本不需要懷疑，但是也有例外，比如找到一種新的辦法製作晶片，這種新的辦法能夠降低對光刻機的要求，這是完全有可能的。
  • 中科院5nm光刻技術研發成功,但有人卻不看好,這是為什麼?
    近日，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員張子暘與國家納米中心研究員劉前合作，成功研發出了一種新型5nm超高精度雷射光刻加工方法。這種方法有別於傳統的縮短雷射波長或增大數值孔徑的技術路徑，打破了傳統雷射直寫技術中受體材料為有機光刻膠的限制，可使用多種受體材料，擴展了雷射直寫的應用場景。
  • 中科院突破5nm雷射光刻技術，雷射光刻機橫空出世？荷蘭再見？
    就在大家多為華為擔憂的時候，中科院的強勢入局確實是讓人嘆了一場口氣，也讓人看到了希望。就給大家買回信息的時候，中科院我傳出來了好消息，讓很多的人都議論紛紛，都興奮不已，以為中科院已經突破了5nm的光刻機。
  • 中科院正式宣布，已研發出5nm光刻技術！
    在中科院正式宣布，將集中力量攻克光刻機等被西方國家卡脖子的技術後，許多網友都興奮不已，紛紛表示：國家果然不會對華為坐視不管，隨著「國家隊」進場，華為面臨的缺芯困境將有望得到解決。以中國現有的科技基礎，是完全有可能打破西方技術封鎖的。屆時，美國將失去制約中國的能力，而中國晶片產業也將得到跨越式發展。事實上，在光刻機技術上，7月份的時候中科院就傳出取得重大突破的消息。此前有相關媒體報導，中科院已經研發出新型5nm超高精度雷射光刻技術。
  • 中國突破ASML壟斷,可以不用EUV造5nm晶片了?中科院回應
    今年7月，中國科學院官網上發布的一則研究進展顯示，該團隊研發的新型5nm超高精度雷射光刻加工方法獲得突破。半年來這則消息被以各種形式和標題刷屏，例如解讀為「突破ASML的壟斷」、「不用EUV光刻機就能造成5nm晶片」。