光刻研究表明计算机有可能变得更小

保罗谢尔研究所(PSI)的研究人员一直在提高光刻工艺的分辨率。他们希望利用这项技术推动计算机的小型化。

微型化计算机是数字革命的关键之一。它使计算机变得更小，同时功能更强大。这反过来又是自动驾驶、人工智能和移动通信5G标准等发展的先决条件。现在，由保罗谢尔研究所X射线纳米科学和技术实验室的IasonGiannopoulos、YasinEkinci和DimitriosKazazis领导的研究小组发明了一种创建更密集电路图案的技术。

目前最先进的微的导电轨道间距为12纳米，比人的头发细约6000倍。相比之下，研究人员已经成功制造出间距仅为5纳米的轨道。因此，电路可以设计得比以前紧凑得多。

“我们的工作展示了光的图案化潜力。这对行业和研究来说都是向前迈出的重要一步，”Giannopoulos解释道。

微的制作过程就像电影屏幕上的画面一样

就在1970年，一块微上只能容纳大约1000个晶体管。如今，一块仅比指尖大一点的面积可以容纳大约600亿个元件。这些元件是使用一种称为光刻的工艺制造的：薄薄的硅片(晶圆)上涂有一层感光层(光刻胶)。

然后，它被暴露在与微蓝图相对应的光图案下，从而改变光刻胶的化学性质，使其可溶解或不溶解于某些化学溶液。后续处理会去除暴露(正片工艺)或未暴露(负片工艺)区域。最后，导电轨道留在晶圆上，形成所需的布线图案。

所用光的类型对于微型化和使微越来越紧凑至关重要。物理定律规定，所用光的波长越小，图像中的结构就越紧密。长期以来，业界使用深紫外光(DUV)。这种激光的波长为193纳米。相比之下，人眼可见的蓝光范围在400纳米左右。

自2019年以来，制造商一直在大规模生产中使用波长为13.5纳米的“极紫外光”(EUV)，比以前短十倍以上。这使得打印更精细的结构成为可能，低至十纳米甚至更小。在PSI，研究人员使用来自瑞士光源SLS的辐射进行研究，根据行业标准调整为13.5纳米。

然而，PSI研究人员通过间接而非直接曝光样品扩展了传统的EUV光刻技术。在EUV镜面干涉光刻(MIL)中，两束相互相干的光束被两个相同的镜子反射到晶圆上。然后，光束产生干涉图案，其周期取决于入射角和光的波长。

研究小组能够在一次曝光中实现5纳米的分辨率(即轨道间距)。在电子显微镜下观察，发现导电轨道具有高对比度和锐利的边缘。

Kazazis指出：“我们的结果表明，EUV光刻技术可以产生极高的分辨率，这表明目前还不存在根本的限制。这确实令人兴奋，因为它扩展了我们认为可能的范围，还可以为EUV光刻技术和光刻胶材料领域的研究开辟新的途径。”

2025年底推出全新EUVL工具

目前，这种方法对工业生产来说并不具有吸引力，因为与工业标准相比，它的速度非常慢，而且只能产生简单和周期性的结构，而不是设计。然而，它为未来生产所需的光刻胶的早期开发提供了一种方法，其分辨率是工业上不可能实现的。

该团队计划使用SLS上的新型EUV工具继续进行研究，预计完成时间为2025年底。新工具与目前正在升级的SLS2.0相结合，将提供大大增强的性能和功能。

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