我科學(xué)家另辟蹊徑造出9納米光刻試驗(yàn)樣機(jī)

記者從武漢光電國(guó)家研究中心獲悉，該中心甘棕松團(tuán)隊(duì)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(chǎng)光學(xué)的辦法，光刻出最小9納米線寬的線段，實(shí)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(jī)是集成電路生產(chǎn)制造過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備，主流深紫外（DUV）和極紫外（EUV）光刻機(jī)主要由荷蘭ASML公司壟斷生產(chǎn)，屬于國(guó)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(duì)遵循諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主德國(guó)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(méi)有任何可借鑒的技術(shù)情況下，開(kāi)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(jī)不斷降低光刻波長(zhǎng)，從193納米波長(zhǎng)的深紫外（DUV）過(guò)渡到13.5納米波長(zhǎng)的極紫外（EUV）的技術(shù)路線。甘棕松團(tuán)隊(duì)利用光刻膠材料對(duì)不同波長(zhǎng)光束能夠產(chǎn)生不同的光化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過(guò)精心的設(shè)計(jì)，讓自主研發(fā)的光刻膠能夠在第一個(gè)波長(zhǎng)的激光光束下產(chǎn)生固化，在第二個(gè)波長(zhǎng)的激光光束下破壞固化；將第二束光調(diào)制成中心光強(qiáng)為零的空心光與第一束光形成一個(gè)重合的光斑，同時(shí)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(chǎng)突破衍射極限。

該技術(shù)原理自2013年被甘棕松等驗(yàn)證以來(lái)，一直面臨從原理驗(yàn)證樣機(jī)到可商用化的工程樣機(jī)的開(kāi)發(fā)困難。團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)2年的工程技術(shù)開(kāi)發(fā)，分別克服了材料，軟件和零部件國(guó)產(chǎn)化等三個(gè)方面的難題。開(kāi)發(fā)了綜合性能超過(guò)國(guó)外的包括有機(jī)樹(shù)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(wèn)題。實(shí)現(xiàn)了微納三維器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造軟件一體化，可無(wú)人值守智能制造。

同時(shí)通過(guò)合作實(shí)現(xiàn)了樣機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵零部件包括飛秒激光器、聚焦物鏡等的國(guó)產(chǎn)化，在整機(jī)設(shè)備上驗(yàn)證了國(guó)產(chǎn)零部件具有甚至超越國(guó)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(lái)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(wèn)題后，該技術(shù)將有望應(yīng)用于集成電路制造。甘棕松說(shuō)，最關(guān)鍵的是，我們打破了三維微納光制造的國(guó)外技術(shù)壟斷，在這個(gè)領(lǐng)域，從材料、軟件到光機(jī)電零部件，我們都將不再受制于人。