全球首台超分辨光刻机，紫外线超分辨率光刻机

大家都知道，现阶段5nm及以下顶尖半导体材料制程务必需要用到价钱极为高额的EUV光刻机，ASML是全世界唯一的服务商。而更加顶尖2nm制程的则需要使用ASML新一代0.55 NA EUV光刻机，市场价或达到4亿美金。intel正准备运用新一代0.55 NA EUV光刻机来开发设计其Intel 20A（2nm）及18A（1.8nm）制程。可是，若想完成1nm以内的更前沿的制程，即使是ASML新一代0.55 NA EUV光刻机也无计可施。

近日国外一家致力于开发与商业化的原子精密机械制造 (APM) 科技的企业Zyvex Labs 公布上线了全世界分辨率最高的亚纳米技术屏幕分辨率光刻系统软件“ZyvexLitho1”，其并没选用EUV光刻技术性，反而是根据STM扫描仪隧道施工光学显微镜，采用的是离子束光刻（EBL）方法，能够创造出具备0.768nm线宽（等同于2个硅原子的总宽）的处理芯片，精度远高于EUV光刻机。

一、完成更高屏幕分辨率和精度的关键所在：氢去钝化处理光刻

ZyvexLitho1所选用自身成像的离子束光刻(EBL)技术性的关键在于应用氢去钝化处理光刻(HDL)从Si(100) 2×1二聚体列（dimer row）复建表层除去氢（H）原子。

氢去钝化处理光刻是EBL的一种形式，主要是通过特别简单的仪器设备完成原子屏幕分辨率，并用动能极低电子。它应用量子物理学高效地对焦低要电子器件和震动加热方法，以形成相对高度离散系统（多电子器件）的曝出体制。HDL应用粘在硅表层的单面H原子做为很薄的抗蚀剂层，并用电子器件刺激性解析在抗蚀剂中建立图案设计。

传统式EBL应用大中型昂贵光电子器件系统及很高的动能(200Kev)来达到小光点规格；可是高能电子（得到小光点规格所必须的）分散化在以往EBL所使用的高聚物抗蚀剂中，并分散化堆积能量，最终形成更大的结构。HDL完成了比普通的EBL更高屏幕分辨率和精度。

资料显示，光刻胶里的堆积动能不容易下降至光线中心10%，直至轴向间距大约为4nm。

应用HDL，试验精英团队可以曝露比EBL的10%阀值半经小>10倍单独原子。这一小得多的曝出地区令人惊讶，由于HDL不能使用光学器件，只是把钨金属材料顶尖放置于H钝化处理硅试品上边约1nm处。大家会期待，要是没有光学器件来对焦来源于顶尖电子，那样曝出地区会非常大。

10倍单独原子。这一小得多的曝出地区令人惊讶，由于HDL不能使用光学器件，只是把钨金属材料顶尖放置于H钝化处理硅试品上边约1nm处。大家会期待，要是没有光学器件来对焦来源于顶尖电子，那样曝出地区会非常大。

△距氢（H）钝化处理硅表层约1nm的W扫描仪隧穿光学显微镜（STM）顶尖

电子器件好像不大可能只遵照曝露单独氢原子所需要的实芯箭头符号途径。为解决这一疑团，首先要了解电子器件事实上不是从顶尖发送（在影像和原子高精密光刻模式中），而是通过试品到顶尖（在显像模式中）或从顶尖到试品（在光刻模式中）方式。应用具备无尽平整和导电性基板的简单模型、STM顶尖端点处单独W原子的发送及其简单化的隧穿电流量实体模型，我们将要见到电流量伴随着隧穿间距呈指数下降。

△要是没有亚纳米其他屏幕分辨率和精度，这类 7.7 纳米技术（10 清晰度）正方形曝出根本不可能。

二、ZyvexLitho1的五大附加功能ZyvexLitho1 系统软件根据 Zyvex Labs 自 2007 年至今一直在完备的扫描仪隧道施工光学显微镜 (STM) 技术性，配置了低噪音、低延迟的20位数字控制系统，容许客户为固体量子器件和其它纳米器件材料和建立原子精度的花纹。ZyvexLitho1模块也包括配备用以搭建量子器件的 ScientaOmicron 超高真空 STM。这就导致ZyvexLitho1系统软件具有任何其他商业服务扫描仪隧道施工光学显微镜所不具备的性能和自动化技术作用，包含：可以实现无失帧显像、响应式电流量反馈回路、全自动晶格常数指向、数据矢量素材光刻、自动化脚本和内嵌计量检定。

△ZyvexLitho1系统软件

无失帧显像：

Zyvex Labs称ZyvexLitho1系统软件有着特有的应力松弛和落后部位校准优化算法，适用无失帧显像和原子级精准的顶尖精准定位，并实现从未有过的光刻精度。

△在200秒进行500nm弹跳后未调整应力松弛vs.应力松弛调整后

响应式电流量反馈回路：

全部商业服务 STM 都采用同样的比例积分 (PI) 控制回路来增高和减少 STM 顶尖，因为他扫描仪以维持设置点电流量。遗憾的是，这类简单操纵循环系统提醒奔溃是最常见的。仅仅只是用以显像，这也是能够接纳的，但开展光刻时这是一个棘手的问题。ZyvexLitho1 的自动控制系统中使用了获得专利的响应式电流量控制电路，可明显降低顶尖撞击。

△图中显示跨 硅 表层的线扫描，在其中几个振荡造成轮廊 E 里的电流量偏差，在其中控制电路是标准 PI 控制回路。在环境变量 F 中，最优控制控制回路开启，而且顶尖扫描仪同一行。最准确的工作电流操纵可以提供最准确的轮廊，而且当表层振荡较大时，可防止顶尖撞击。（由来：Tajaddodianfar, F., Moheimani, S. O. R., & Randall, J. N. (2018). Scanning Tunneling Microscope Control: A Self-Tuning PI Controller Based on Online Local Barrier Height Estimation*. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 1–12. https://doi.org/10.1109/TCST.2018.2844781）

全自动晶格常数指向：

因为光刻方式和显像方式在力量上分离出来优良，所以可以在光刻前后左右对硅部位进行显像。这类非曝出显像方式容许自动检索硅晶格常数，所以可以自动检索清晰度在表面上位置。这类 Lattice Lock 全过程全自动维持顶尖精准定位（及其因而光刻）精确。

数据矢量素材光刻

ZyvexLitho1 应用氢去钝化处理光刻从Si(100) 2×1 二聚体列（dimer row）复建表层除去氢（H）原子。这类自身成像的曝出技术性实质上是二元的。H-Si 键要不破裂（将 H 原子送进真空泵），要不不破裂。并没有一部分曝露或邻近效应。通过这个流程和做为硅表层晶格常数的全局性标准网格图容许数据光刻。亚纳米技术像素是 4 个表层硅原子。能将设计方案网格图与Zyvex Labs的清晰度网格图同样的辅助设计设计方案 (CAD) 文档载入到 ZyvexLitho1 中，并可以将图案设计全自动切割成不同类型的几何结构，进而容许顶尖矢量素材与不同类型的光刻方式一起使用。随后会自动开展曝出。

自动化技术和脚本制作：

绝大多数实际操作都能够自动化技术。单独指令或脚本制作的命令行界面。内嵌与用户编写脚本的脚本制作菜单栏。多种多样方式键入方式——如几何结构、矢量素材目录、黑与白位图文件。

内嵌计量检定：

给予高质量显像方式，便于新图案设计可以和旧图案设计两端对齐，并可以在载入后查验图案设计品质。

三、如今提交订单，6个月后就可以供货

必须重视的是，ZvyvexLitho1系统软件并不是一款试验室原形商品，反而是一款已经能够商业的商品。依据Zyvex Labs官网详细介绍，现阶段其正在接受 ZvyvexLitho1 系统软件订单，交货日期大约为六个月。

据了解，ZvyvexLitho1将会出现专业版和高级版两种不同版本号，实际市场价不明。

Zyvex Labs表示，ZvyvexLitho1制造出来的处理芯片能够生产制造出高精度的固体量子器件，及其纳米器件及原材料，对超级计算机而言精度至关重要。将导致超级计算机能够得到强悍的数据加密并实现真真正正安全通讯，更有效地开发设计药物，并给出最准确的天气预报。

2015年费曼获得者、硅量子计算机企业的CEO、澳大利亚国立高校量子计算机和通讯技术中心主任Michelle Simmons教授表示，“建立一个可扩展性的超级计算机有很多考验。我们相信，想要实现量子计算机的所有发展潜力，必须高精度的生产制造。对于ZyvexLitho1感到满意，这也是第一个给予原子级高精密花纹的商业化的专用工具。”

STM光刻科技的发明人、2014年费曼获得者、伊利诺伊大学专家教授Joe Lyding表示：“到现在为止，Zyvex实验室理论是最先进，就是这种原子级精准光刻技术性的唯一商业化的完成。”

ScientaOmicron的SPM产品运营Andreas Bettac医生表明：“在这儿，我们将要最新超高真空控制系统设计和ScientaOmicron的完善的SPM与Zyvex的STM光刻专用高精度STM控制板紧密结合。我期待与Zyvex顺利进行注重实效深度合作。”

尽管EBL离子束光刻机设备精度能够轻松超出EUV光刻机，可是，这类技术性的缺陷非常明显，那便是生产量比较低（看前面的讲解，ZvyvexLitho1光刻时，500nm的偏移，必须200秒的时间。此外离子束光刻），没法规模性制造芯片，比较适合制做这些小批量生产高的精度处理芯片或是元器件。但无论如何，也给半导体设备朝着1nm以内的皮米级前行提供了一个切实可行的方位。伴随着技术的发展，将来EBL离子束光刻所面临的一些难点也许也可能会被处理。

有关Zyvex

Zyvex Corporation 由 Jim Von Ehr 于 1997 年开创，致力于开发与商业化的原子精密机械制造 (APM) 技术性，以生产具备原子精度的商品。假如开发设计恰当，APM 容许灵便生产制造多种商品，从材料设计到高性能计算机再从前沿的医疗器械。

在创立 Zyvex Corporation 以前，Jim 做为手机软件企业家的环境让他意识到了 APM（建立“数据化学物质”）能够比任何现有技术更高效、最准确和具有成本效益分析地生产商品。

初期，Zyvex Corporation 对 APM 展开了基础科研，并常常在这个过程中搭建自身的一种手段。近期，该企业根据开发设计商业服务纳米复合材料和纳米技术实际操作商品将该方法走向市场。

2001 年，Zyvex Corporation 赢得了美国国家标准与技术研究院尖端技术方案 (NIST ATP) 授予的一项重要科学研究奖。纳米材料运用和制造出来的拼装商：打开纳米材料时期（程序流程 ID 70NANB1H3021）是和霍尼韦尔和几家适用微机电系统 (MEMS) 开发设计、纳米技术检测、纳米技术和操作别的基本纳米材料工作中的大学承担成本五年协同方案。

2003 年与 2004 年，Zyvex 企业赢得了国外 DARPA（国防安全高端科学研究计划局）授予的中小型企业创新研究 (SBIR) 奖，以开发设计 mini-SEM。中小型扫描仪光学显微镜和用来生产制造成本低mini-SEM的生产制造拼装服务支持了Zyvex在光电子器件技术的发展趋势。

2004 年，Zyvex 公司已收到美国能源部的另一份 SBIR。用以散射光学显微镜的 MEMS 纳米技术探头（程序流程 ID DE-FG 0204ER84130）致力于研发用以散射光学显微镜 (TEM) 的根据 MEMS 的纳米技术远程控制器。这个计划得到的结果间接性造成了Zyvex MEMS 细致精准定位时期的改善。

2007 年 4 月，Zyvex Corporation 重新组合为三个单独的企业，以保证不断致力于商品：Zyvex Performance Materials LLC、Zyvex Instruments LLC 和 Zyvex Labs LLC。财产在三个企业中间分派，并且为材料及仪器设备业务流程请来了专门管理者。

现阶段，Zyvex Labs 有两个目标：1、开发设计 APM；2、开发设计微细加工和 3D 微组装技术性。Zyvex Labs的MEMS 技术是在 Zyvex 为期 5 年、耗资 2500 万美元的 NIST ATP 项目期间开发的，目前正用于制造微型科学仪器，例如微型扫描电子显微镜和微型原子力显微镜，以及下一代纳米探测系统。这些系统将为更大的市场合作伙伴开发或根据最终产品分拆成独立的公司。Zyvex Labs 也是 Nano-Retina的创始合作伙伴，该公司正在构建一种先进的假肢视觉设备。

需要指出的是，Zyvex Labs 的资金主要来自政府研发合同、私人投资和合同研究。此次推出的ZvyvexLitho1系统也是在DARPA、陆军研究办公室、能源部先进制造办公室和德克萨斯大学达拉斯分校的Reza Moheimani教授的支持下完成的。

编辑：芯智讯-浪客剑 资料来源：Zyvex Labs官网