眾所周知，目前5nm及以下的尖端半導體制程必須要用到價格極其高昂的EUV光刻機，ASML是全球唯一的供應商。而更為尖端2nm制程的則需要用到ASML新一代0.55 NA EUV光刻機，售價或高達4億美元。英特爾正計劃利用新一代0.55 NA EUV光刻機來開發其Intel 20A（2nm）及18A（1.8nm）制程。但是，要想實現1nm以下的更先進的制程，即便是ASML新一代0.55 NA EUV光刻機也束手無策。

近日，美國一家旨在開發和商業化原子精密制造 （APM） 技術的公司Zyvex宣布推出了全球分辨率最高的亞納米分辨率光刻系統“ZyvexLitho1”，其并沒有采用EUV光刻技術，而是基于STM掃描隧道顯微鏡，使用的是電子束光刻（EBL）方式，可以制造出具有0.768nm線寬（相當于2個硅原子的寬度）的芯片，精度遠超EUV光刻機，是當前制造精度最高的光刻系統。

這個光刻機制造出來的芯片主要是用于量子計算機，可以制造出高精度的固態量子器件，以及納米器件及材料，對量子計算機來說精度非常重要。

Zyvex是致力于生產原子級精密制造工具的納米技術公司。這個產品是在DARPA（國防高級研究計劃局）、陸軍研究辦公室、能源部先進制造辦公室和德克薩斯大學達拉斯分校的Reza Moheimani教授的支持下完成的，被國際自動控制聯合會授予工業成就獎。

氫去鈍化光刻（HDL）：實現更高的分辨率和精度

氫去鈍化光刻（HDL）是電子束光刻（EBL）的一種形式，它通過非常簡單的儀器實現原子分辨率，并使用能量非常低的電子。它使用量子物理學有效地聚焦低能電子和振動加熱方法，以產生高度非線性（多電子）的曝光機制。HDL使用附著在硅表面的單層H原子作為非常薄的抗蝕劑層，并使用電子刺激解吸在抗蝕劑中創建圖案。

傳統EBL使用大型昂貴的電子光學系統和非常高的能量（200Kev）來實現小光斑尺寸；但是高能電子（獲得小光斑尺寸所必需的）分散在傳統EBL使用的聚合物抗蝕劑中，并分散沉積的能量，從而形成更大的結構。HDL實現了比傳統EBL更高的分辨率和精度。

數據顯示，光刻膠中的沉積能量不會下降到光束中心的10%，直到徑向距離約為4nm。

使用HDL，實驗團隊能夠暴露比EBL的10%閾值半徑小>10倍的單個原子。這個小得多的曝光區域令人驚訝，因為HDL不使用光學器件，只是將鎢金屬尖端放置在H鈍化硅樣品上方約1nm處。人們會期望，如果沒有光學器件來聚焦來自尖端的電子，那么曝光區域會更大。

距H鈍化硅表面約1nm的W掃描隧穿顯微鏡（STM）尖端

電子似乎不太可能只遵循暴露單個H原子所需的實心箭頭路徑。為了解決這個謎團，必須了解電子實際上不是從尖端發射（在成像和原子精密光刻模式下），而是從樣品到尖端（在成像模式下）或從尖端到樣品（在光刻模式下）模式。使用具有無限平坦和導電襯底的簡單模型、STM尖端頂點處單個W原子的發射以及簡化的隧穿電流模型，我們將看到電流隨著隧穿距離呈指數下降。

ZyvexLitho1的五大特色功能

ZyvexLitho1 系統基于 Zyvex Labs 自 2007 年以來一直在完善的掃描隧道顯微鏡 （STM） 技術，配備了低噪聲、低延遲的20位數字控制系統，允許用戶為固態量子器件和其他納米器件和材料創建原子精度的圖案。ZyvexLitho1套件還包括配置用于構建量子器件的 ScientaOmicron 超高真空 STM（掃描隧穿顯微鏡）。這也使得ZyvexLitho1系統具備其他任何商業掃描隧道顯微鏡不具備的功能和自動化功能，包括：能夠實現無失真成像、自適應電流反饋回路、自動晶格對準、數字矢量光刻、自動化腳本和內置計量。

現在下單，6個月后即可交貨

需要強調的是，ZvyvexLitho1系統并不是一款實驗室原型產品，而是一款已經可以商用的產品。根據Zyvex Labs官網介紹，目前其正在接受 ZvyvexLitho1 系統的訂單，交貨時間約為六個月。

據悉，ZvyvexLitho1將會有標準版和高級版兩個不同版本，具體售價未知。

EBL能取代傳統光刻嗎？

所謂光刻，是芯片制造中的一種圖案化工藝。該過程涉及將圖案從光掩模轉移到基板。這主要是使用配備有光學光源的步進器和掃描儀來完成的，這也是我們現在主流的芯片制造方式，大家熟悉的EUV和DUV就是使用這種方式的。

其他形式的光刻包括直寫電子束（direct-write e-beam）和納米壓?。?nanoimprint）。在研發中還有幾種下一代光刻（NGL）技術——如多光束電子束和定向自組裝（DSA）。

據美國NIST方面介紹，電子束光刻允許精細控制納米結構特征，這些特征構成多種器件技術的基礎。讓10 nm 的橫向分辨率、1 nm 的放置精度和 1 mm 的圖案化區域都是可能的。然而，實現這些性能指標取決于許多特定于樣品的相互依賴的因素——圖案定義和斷裂、基板和掩模材料、曝光前和曝光后工藝、對準特征定義——以及關鍵的細節光刻系統的操作。

NIST表示，作為一項核心能力，其開發的工藝處于或接近傳統電子束光刻技術的極限，以推進各個領域的納米級設備和測量科學，例如：用于精確計時的芯片級頻率梳；用于波長和量子頻率轉換的非線性集成光學；用于傳感、轉換和非線性動力學研究的片上腔光機械和微/納米機電系統；具有用于量子信息的非線性和量子發射器光源的量子光子集成電路；從紫外到紅外的超表面，用于捕獲和探測原子和離子、偏振測量、成像和時空超快激光脈沖整形；用于像差校正的光學顯微鏡標準。

但正如很多報道中所說，其吞吐和準確度，限制了EBL的發展。根據eBeam Initiative的一份調查顯示，使用類似電子書光刻這樣的直寫設備制作一份掩膜寫入時間大概在2.5到13個小時不等，其平均數在6.8個小時。根據該組織的報告，對于復雜掩膜而言，最長寫入時間在14到60個小時。一般來說，制造商們對于寫入時間超過24個小時的掩膜設計方案會比較頭疼。因為過長的寫入時間就意味著更高的成本，更長的處理時間和良率問題。

總結來說，雖然EBL電子束光刻機的精度可以輕松超過EUV光刻機，但是，這種技術的缺點也很明顯，那就是產量很低，無法大規模制造芯片，只適合制作那些小批量的高精度芯片或者器件，指望它們取代EUV光刻機也不現實。

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