近日，美國公司Zyvex使用電子束光刻技術(shù)制造了768皮米，也就是0.7nm的芯片。Zyvex推出的光刻系統(tǒng)名為ZyvexLitho1，基于STM掃描隧道顯微鏡，使用的是EBL電子束光刻方式，制造出了0.7nm線寬的芯片，這個精度是遠(yuǎn)高于EUV光刻系統(tǒng)的，相當(dāng)于2個硅原子的寬度，是當(dāng)前制造精度最高的光刻系統(tǒng)。
9月21日， Zyvex Labs宣布，推出世界上最高分辨率的光刻系統(tǒng) — ZyvexLitho1。該工具使用量子物理技術(shù)來實現(xiàn)原子精度圖案化和亞納米（768 皮米——Si (100) 2 x 1 二聚體行的寬度）分辨率。這一進(jìn)步使量子計算機(jī)能夠為真正安全的通信提供牢不可破的加密。
ZyvexLitho1 是一款基于掃描隧道顯微鏡 (STM：Scanning Tunneling Microscopy) 儀器，Zyvex Labs 自 2007 年以來一直在改進(jìn)該儀器。ZyvexLitho1 包含許多商業(yè)掃描隧道顯微鏡所不具備的自動化特性和功能。ZyvexLitho1不僅是精度最高的電子束光刻機(jī)，而且還是可以商用的，Zyvex公司已經(jīng)可以接受其他人的訂單，機(jī)器可以在6個月內(nèi)出貨。
2015年費曼獎得主、硅量子計算公司的首席執(zhí)行官、新南威爾士大學(xué)量子計算和通信技術(shù)中心主任Michelle Simmons教授表示，“建立一個可擴(kuò)展的量子計算機(jī)有許多挑戰(zhàn)。我們堅信，要實現(xiàn)量子計算的全部潛力，需要高精度的制造。我們對ZyvexLitho1感到興奮，這是第一個提供原子級精密圖案的商業(yè)化工具。”
STM光刻技術(shù)的發(fā)明者、2014年費曼獎得主、伊利諾伊大學(xué)教授Joe Lyding表示：“到目前為止，Zyvex實驗室的技術(shù)是最先進(jìn)的，也是這種原子級精確光刻技術(shù)的唯一商業(yè)化實現(xiàn)。”
Zyvex是致力于生產(chǎn)原子級精密制造工具的納米技術(shù)公司。這個產(chǎn)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(jìn)制造辦公室和德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校的Reza Moheimani教授的支持下完成的，他最近被國際自動控制聯(lián)合會授予工業(yè)成就獎，“以支持單原子規(guī)模的量子硅設(shè)備制造的控制發(fā)展”。
ZyvexLitho1 中嵌入的是我們的 ZyVector。這種具有低噪聲和低延遲的 20 位數(shù)字控制系統(tǒng)使我們的用戶能夠為固態(tài)量子器件和其他納米器件和材料制作原子級精確的圖案。完整的 ZyvexLitho1 系統(tǒng)還包括配置用于制造量子器件的 ScientaOmicron 超高真空 STM。
“我期待繼續(xù)與 Zyvex 進(jìn)行富有成效的合作，”ScientaOmicron 產(chǎn)品經(jīng)理 SPM Andreas Bettac 博士評論道。“在這里，我們將最新的 UHV 系統(tǒng)設(shè)計和 ScientaOmicron 久經(jīng)考驗且成熟的 SPM 與 Zyvex 用于基于 STM 的光刻的專用高精度 STM 控制器相結(jié)合。”
氫去鈍化光刻(HDL)：實現(xiàn)更高的分辨率和精度
從相關(guān)報道指出，達(dá)成這個0.7納米分辨率的光刻系統(tǒng)這是一種稱為氫去鈍化光刻（Hydrogen Depassivation Lithography ）的技術(shù)，它是一種電子束光刻技術(shù) (EBL)，可實現(xiàn)原子分辨率。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(xiàn)原子分辨率，并使用能量非常低的電子。它使用量子物理學(xué)有效地聚焦低能電子和振動加熱方法，以產(chǎn)生高度非線性（多電子）的曝光機(jī)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(chuàng)建圖案。
電子束光刻（通?？s寫EBL）是掃描聚焦電子束以在覆蓋有稱為光刻膠（曝光）的電子敏感膜的表面上繪制自定義形狀的做法。電子束改變了光刻膠的溶解度，通過將抗蝕劑浸入溶劑中（顯影），可以選擇性地去除曝光或未曝光區(qū)域。與光刻一樣，其目的是在抗蝕劑中創(chuàng)建非常小的結(jié)構(gòu)，然后通常通過蝕刻將其轉(zhuǎn)移到基板材料上。
電子束光刻（通?？s寫EBL）是掃描聚焦電子束以在覆蓋有稱為光刻膠（曝光）的電子敏感膜的表面上繪制自定義形狀的做法。電子束改變了光刻膠的溶解度，通過將抗蝕劑浸入溶劑中（顯影），可以選擇性地去除曝光或未曝光區(qū)域。與光刻一樣，其目的是在抗蝕劑中創(chuàng)建非常小的結(jié)構(gòu)，然后通常通過蝕刻將其轉(zhuǎn)移到基板材料上。
電子束光刻的主要優(yōu)點是它可以繪制具有sub-10 nm 分辨率的自定義圖案（直接寫入） 。這種形式的無掩模光刻具有高分辨率和低產(chǎn)量，限制了其用于光掩模制造、半導(dǎo)體器件的小批量生產(chǎn)以及研發(fā)。
傳統(tǒng)EBL使用大型昂貴的電子光學(xué)系統(tǒng)和非常高的能量(200Kev)來實現(xiàn)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(tǒng)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(jié)構(gòu)。HDL實現(xiàn)了比傳統(tǒng)EBL更高的分辨率和精度。
數(shù)據(jù)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(tuán)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(qū)域令人驚訝，因為HDL不使用光學(xué)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(xué)器件來聚焦來自尖端的電子，那么曝光區(qū)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(tuán)，我們必須了解電子實際上不是從尖端發(fā)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(dǎo)電襯底的簡單模型、STM尖端頂點處單個W原子的發(fā)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(shù)下降。
嵌入ZyvexLitho1的是ZyVector。這個20位數(shù)字控制系統(tǒng)具有低噪音、低延遲的特點，使用戶能夠為固態(tài)量子設(shè)備和其他納米設(shè)備和材料制作原子級的精確圖案。ZyvexLitho1是一個完整的掃描隧穿光刻系統(tǒng)，具有任何其他商業(yè)掃描隧穿光刻系統(tǒng)不具備的功能：能夠?qū)崿F(xiàn)無失真成像、自適應(yīng)電流反饋回路、自動晶格對準(zhǔn)、數(shù)字矢量光刻、自動化腳本和內(nèi)置計量。
如上所述，雖然EBL電子束光刻機(jī)的精度可以輕松超過EUV光刻機(jī)，但是，該產(chǎn)品的缺點是吞吐量非常低，換而言之，它可能適合制造小批量的量子處理器芯片，對于大批量消費電子產(chǎn)品來說，這不是一個好的解決方案。
不僅如此，完整的ZyvexLitho1系統(tǒng)還包括一個為制造量子器件而配置的ScientaOmicron超高真空STM（掃描隧穿顯微鏡）。
Zyvex Labs在官網(wǎng)中也表示，該系統(tǒng)能夠使原子精密光刻成為現(xiàn)實，當(dāng)中用于 STM 光刻的 UHV 系統(tǒng) 、前體氣體計量和 Si MBE 、數(shù)字矢量光刻和自動化和腳本。他們表示，如果沒有亞納米分辨率和精度，這種 7.7 納米（10 像素）正方形的曝光是不可能的。
ScientaOmicron的SPM產(chǎn)品經(jīng)理Andreas Bettac博士表示：“在這里，我們將最新的超高真空系統(tǒng)設(shè)計和ScientaOmicron的成熟的SPM與Zyvex的STM光刻專用的高精度STM控制器相結(jié)合。我期待與Zyvex繼續(xù)進(jìn)行富有成效的合作。”
如上所述，雖然EBL電子束光刻機(jī)的精度可以輕松超過EUV光刻機(jī)，但是，該產(chǎn)品的缺點是吞吐量非常低，換而言之，它可能適合制造小批量的量子處理器芯片，對于大批量消費電子產(chǎn)品來說，這不是一個好的解決方案。
