新技術(shù)將摩爾定律延至5nm 亦有望替代藍(lán)光

    加州大學(xué)伯克利分校的幾位研究者日前宣布，他們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種新的光刻技術(shù)，有望將摩爾定律一直延續(xù)到5nm制程，同時(shí)還可能替代目前的Blu-Ray技術(shù)成為未來(lái)的光學(xué)存儲(chǔ)方案。該研究由加大伯克利機(jī)械工程系的兩位教授張翔（音譯）和David Bogy主持，其原理看起來(lái)非常簡(jiǎn)單，在光刻設(shè)備的聚光透鏡和晶圓之間增加了一個(gè)機(jī)械臂進(jìn)行二次聚焦。從外觀(guān)上來(lái)看，添加該機(jī)械臂后的光刻設(shè)備整體結(jié)構(gòu)類(lèi)似于目前的硬盤(pán)。

    當(dāng)前的光刻技術(shù)的主要受限于激光波長(zhǎng)，193nm波長(zhǎng)的DUV深紫外激光技術(shù)已經(jīng)接近極限，下一步可能需要采用13.5nm波長(zhǎng)的EUV極紫外光刻技術(shù)，才能滿(mǎn)足32nm、22nm以及后續(xù)制程工藝的需要。但使用這樣極短波長(zhǎng)的激光技術(shù)，將不可避免的導(dǎo)致光刻設(shè)備內(nèi)部光路復(fù)雜，成本及其高昂。

    加大伯克利的這項(xiàng)名為“等離子體光刻”的新技術(shù)則另辟蹊徑，利用了金屬電子在接受光照時(shí)的一種震蕩效應(yīng)。該效應(yīng)被稱(chēng)作漸逝波，波長(zhǎng)比入射光線(xiàn)短得多。因此，研究者在光刻設(shè)備中極接近晶圓表面的地方，增加了一個(gè)活動(dòng)金屬臂，其頂端就是利用漸逝波效應(yīng)的金屬等離子體“鏡片”，在傳統(tǒng)的光刻紫外激光下進(jìn)行二次聚焦提高精度。目前在實(shí)驗(yàn)室中，100nm的理論驗(yàn)證性試驗(yàn)已經(jīng)成功，而在理論上，這種工藝可以將制程提高到5nm到10nm。

    研究者稱(chēng)，金屬臂的“飛行高度”非常低，相當(dāng)于一架波音747飛行在距地面1毫米的地方。而且，金屬臂還可快速移動(dòng)完成大面積光刻，每條金屬臂上可安裝最高10萬(wàn)個(gè)微小的鏡頭，試驗(yàn)中的設(shè)備每秒可移動(dòng)4到12米，高速同步完成光刻工藝。

    更重要的是，使用這種技術(shù)的成本相當(dāng)?shù)�。由于有了二次聚焦，因此不需要使用超短波長(zhǎng)激光設(shè)備，過(guò)時(shí)多年的長(zhǎng)波長(zhǎng)光刻設(shè)備在增加金屬臂機(jī)構(gòu)后就能夠重新投入使用，唯一的高成本只有制造等離子體透鏡一環(huán)。因此一旦新技術(shù)投入商用，成本會(huì)快速下降。

    研究者表示，該技術(shù)有望在3到5年內(nèi)進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用。除了半導(dǎo)體光刻設(shè)備領(lǐng)域外，同樣的技術(shù)原理還可以使用在光學(xué)存儲(chǔ)上，制造出存儲(chǔ)容量比藍(lán)光BD高10到20倍的新一代光盤(pán)技術(shù)。

    這項(xiàng)新技術(shù)論文將被刊登在12月號(hào)的《自然納米技術(shù)》雜志上，作者除兩位教授外，還包括他們的幾位研究生，其中也不乏華裔學(xué)生如“Yuan Wang”、“Cheng Sun”等。

    試驗(yàn)設(shè)備刻出的100nm圖案