瑞士研究人员扩展传统极紫外光刻技术，让计算机芯片变得更小

计算机芯片微型化是数字革命的关键之一。它使计算机变得越来越小，同时功能也越来越强大。另一方面，计算机芯片微型化又成为了自动驾驶、人工智能5G移动通信标准等发展的先决条件。

近日据外媒报道，由瑞士保罗谢勒研究所（PSI）X射线纳米科学与技术实验室的Iason Giannopoulos、Yasin Ekinci和Dimitrios Kazazis领导的研究小组设计出了一种技术，可以制造出更密集的电路图案。

目前最先进的微芯片的导电轨道之间相隔12nm，即比头发丝细6000倍。相比之下，研究人员已经成功制造出间隔仅为5nm的轨道。电路设计比以前更紧凑。“我们的工作展示了光的图案化潜力。这对工业和研究领域来说都是一项重大进步。”Giannopoulos解释道。

微型芯片的生产就像电影屏幕上的画面
早在1970年，一块微型芯片上只能容纳约1000个晶体管。如今，仅比手指尖大一点的面积就能容纳约600亿个元件。这些元件是通过光刻技术的工艺制造出来的：在薄薄的硅片（即晶片）上涂上一层感光层（即光刻胶）。

硅晶圆表面非常光滑，可以产生几乎完美的镜像，Iason Giannopoulos（左）和Dimitrios Kazazis展示了这一点

然后将其暴露在与微芯片蓝图相对应的光照下，光照会改变光刻胶的化学特性，使其可溶于或不溶于某些化学溶液。随后的处理会去除曝光（正向处理）或未曝光（负向处理）区域。最后，在晶片上留下导电轨迹，形成所需的布线图案。

所使用光的类型对于微型化和使微型芯片越来越紧凑，至关重要。物理定律规定，使用的光波长越小，图像中的结构就越紧密。长期以来，业界一直使用深紫外光（DUV）。这种激光的波长为193nm。相比之下，人眼可见的蓝光范围在400nm左右。

自2019年起，制造商开始在批量生产中使用波长为13.5nm的“极紫外光”（EUV），比以前缩短了十多倍。这使得打印更精细的结构成为可能，甚至可以打印到10nm或更小。在PSI，研究人员使用瑞士光源SLS的辐射进行研究，并根据行业标准将波长调整为13.5nm。

光子光刻技术可实现极高分辨率
不过，PSI的研究人员通过间接而非直接曝光样品，扩展了传统极紫外光刻技术。在超紫外镜面干涉光刻技术（MIL）中，两束相互相干光束通过两面相同的镜子反射到晶片上。然后，两束光形成干涉图案，其周期取决于入射角和光的波长。该小组能够在一次曝光中实现5nm的分辨率，即轨迹分离。在电子显微镜下观察，导电轨迹具有高对比度和锐利的边缘。 

Kazazis指出：“我们的研究结果表明，极紫外光刻可以产生极高的分辨率，这表明目前还不存在根本性的限制。这确实令人兴奋，因为它扩展了我们认为可能的范围，也为超紫外光刻和光刻胶材料领域的研究，开辟了新途径。”

2025年底推出新型超紫外激光工具
目前，这种方法对工业芯片生产并不适用，因为与工业标准相比，它的速度非常慢，而且只能生产简单的周期性结构，而不是芯片设计。不过，它为未来芯片生产所需光刻胶的早期开发提供了一种方法，其分辨率在工业生产中是不可能实现的。研究小组计划利用SLS的新型EUV工具继续开展研究，预计将于2025年底完成。新工具与目前正在升级的SLS 2.0相结合，将大大提高性能和功能。