中科院立功！5nm激光光刻研究获进展

据中科院官网7月7日报道，近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员张子旸与国家纳米中心研究员刘前合作，在Nano Letters上发表了题为5 nm Nanogap Electrodes and Arrays by a Super-resolution Laser Lithography的研究论文，报道了一种新型5nm超高精度激光光刻加工方法。

传统上，激光直写可利用连续或脉冲激光在非真空的条件下实现无掩模快速刻写，降低了器件制造成本，是一种有竞争力的加工技术。然而，激光直写技术由于衍射极限以及邻近效应的限制，很难做到纳米尺度的超高精度加工。

苏州纳米所张子旸团队基于光热反应机理设计开发了一种新型三层堆叠薄膜结构。在无机钛膜光刻胶上，采用双激光束（波长为405nm）交叠技术（图a），通过精确控制能量密度及步长，实现了1/55衍射极限的突破（NA=0.9），达到了最小5nm的特征线宽。此外，研究团队利用这种超分辨的激光直写技术，实现了纳米狭缝电极阵列结构的大规模制备（图b-c）。


双束交叠加工技术示意图（左）和5nm 狭缝电极电镜图

相较而言，采用常规聚焦离子束刻写，制备一个纳米狭缝电极需要10到20分钟，而利用本文开发的激光直写技术，可以一小时制备约5×105个纳米狭缝电极，展示了可用于大规模生产的潜力。

该研究使用了研究团队开发的具有完全知识产权的激光直写设备，利用激光与物质的非线性相互作用来提高加工分辨率，有别于传统的缩短激光波长或增大数值孔径的技术路径，打破了传统激光直写技术中受体材料为有机光刻胶的限制，可使用多种受体材料，扩展了激光直写的应用场景。

研究团队针对激光微纳加工中所面临的实际问题出发，解决了高效和高精度之间的固有矛盾，开发的新型微纳加工技术在集成电路、光子芯片、微机电系统等众多微纳加工领域展现了广阔的应用前景。

小贴士：光刻技术的种类

观察者网查询发现，激光直写技术是基于光学的无掩模光刻技术的一种。近年来，随着光刻分辨率的不断提高，掩模的成本呈直线上升的态势，无掩模光刻技术也成为研究热点。

无掩模光刻技术的种类较多，主要分为基于光学的无掩模光刻技术和非光学无掩模光刻技术两大类。去年曝光通过验收的中科院研制的“超分辨光刻装备”，其采用的表面等离子体（surface plasma，SP）光刻法则是非光学无掩模光刻技术的一种。

除了无掩模光刻技术，目前主流的光刻技术还有极紫外光刻技术和纳米压印技术。

其中极紫外光刻技术是最有可能达到量产化要求的光刻技术。极紫外光刻技术使用波长为13.5 nm的极紫外光，经过由80层Mo—Si结构多层膜反射镜组成的聚光系统聚光后，照明反射式掩模，经缩小反射投影光学系统，将反射掩模上的图形投影成像在硅片表面的光刻胶上。

纳米压印光刻技术则采用高分辨率电子束等方法将纳米尺寸的图形制作在“印章”上，然后在硅片上涂上一层聚合物，用已刻有纳米图形的硬“印章”“压印”聚甲基丙烯酸甲酯涂层使其发生变形，从而实现图形的复制。

来源：观察者网