另一方面，需要配置合適的光刻膠以響應(yīng)雙光束超分辨設(shè)備。雙光束光刻膠一般是短波長(zhǎng)光發(fā)生聚合反應(yīng)，而長(zhǎng)波長(zhǎng)的光對(duì)光刻膠不響應(yīng)，并且抑制短波長(zhǎng)光的聚合作用，這使得在可見光區(qū)域，當(dāng)用來對(duì)第1束光衍射邊緣進(jìn)行修正的第2束光的波長(zhǎng)選擇更長(zhǎng)波長(zhǎng)時(shí)，這個(gè)要求能夠較為容易地滿足。同時(shí)通過受激輻射的方法來增加能量去向通道，也能夠確保光刻膠對(duì)第2束光響應(yīng)必須是第1束光光強(qiáng)不為0的情況。然而，雙光束超分辨光刻技術(shù)要達(dá)到較高的分辨率，要求第2束光的作用效果要很強(qiáng)。但是，如果第2束光的光強(qiáng)很強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致膠體出現(xiàn)光學(xué)非線性效應(yīng)（容易產(chǎn)生氣泡），這種由于強(qiáng)光所導(dǎo)致的問題目前已經(jīng)被筆者所在的團(tuán)隊(duì)解決。但是目前還未探究第1束光是紫外光波長(zhǎng)的情況，一旦研制成功，雙光束光刻技術(shù)可以完美地與EUV光刻機(jī)結(jié)合，達(dá)到更高的分辨率。

雙光束超分辨光刻設(shè)備研發(fā)進(jìn)展

甘棕松課題組一直致力于將雙光束超分辨原理進(jìn)行應(yīng)用和成果轉(zhuǎn)化。2013年，本課題組在使用雙光束超分辨激光直寫設(shè)備成功得到了9nm的線寬，并且線中心間距可以達(dá)到52nm，研究為這項(xiàng)技術(shù)真正突破衍射極限提供了關(guān)鍵依據(jù)，研究成果被《Nature Nanotechnology》《Nature Materials》等期刊專題評(píng)論，“該方法使得（激光制造）的特征尺寸和分辨率突破了光的衍射極限”，并且被多種期刊引用，成為高被引文章。2016年，雙光束光刻設(shè)備在三維結(jié)構(gòu)制造方面也取得了重大突破。2019年，團(tuán)隊(duì)對(duì)雙光束超分辨光刻設(shè)備對(duì)提升光存儲(chǔ)的容量和密度進(jìn)行研究，并取得較好成果。2022年，對(duì)投影式雙光束超分辨光刻技術(shù)進(jìn)行了概述。團(tuán)隊(duì)目前專注于雙光束超分辨直寫光刻設(shè)備方面的研究及成果轉(zhuǎn)換，雙光束超分辨直寫光刻設(shè)備示意如圖4所示。

圖4 雙光束激光直寫設(shè)備示意

雙光束超分辨光刻技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要如下。雙光束超分辨光刻技術(shù)使用的光源是可見光，可選擇的范圍很廣。在達(dá)到同等分辨率的前提下，與EUV光刻機(jī)相比，避免了EUV光源的使用，可以大幅度降低光源的研制難度。同時(shí)，雙光束超分辨光刻技術(shù)的制造成本較低，只在現(xiàn)有的光刻設(shè)備基礎(chǔ)上新增1條光路。新增的光路不會(huì)影響原有光束路徑，只有在2條光路合束后才會(huì)產(chǎn)生分辨效果。在調(diào)制好投影曝光圖案之后，與第1束光合束之前，對(duì)原有單光束光刻機(jī)是沒有影響的。因此，雙光束超分辨光刻技術(shù)的改造成本很低，極有利于產(chǎn)品的市場(chǎng)化。對(duì)于雙光束超分辨激光直寫設(shè)備中的激光器的選擇，自飛秒激光器研發(fā)以來，其就以優(yōu)異的三維制造能力和制造分辨率而被人所熟知。飛秒激光器的作用機(jī)理是雙光子吸收，目前飛秒激光器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，設(shè)備中的第1束光通常由飛秒激光或者連續(xù)激光器產(chǎn)生。而第2束抑制光則由連續(xù)激光器產(chǎn)生。一方面，是因?yàn)榈?束光不能對(duì)光刻膠產(chǎn)生聚合，因此光強(qiáng)不宜太強(qiáng)。另一方面，是因?yàn)檫B續(xù)激光的價(jià)格相對(duì)于飛秒激光更低。團(tuán)隊(duì)自行設(shè)計(jì)了雙色鏡和濾波片，并委托國(guó)內(nèi)鍍膜商進(jìn)行了加工。還自行研制了機(jī)械光開關(guān)，開關(guān)壽命可以達(dá)到3億次以上。零部件國(guó)產(chǎn)化程度的提升，大大了降低整機(jī)造價(jià)。

為了能讓雙光束超分辨設(shè)備系統(tǒng)可以集成一體化，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)研發(fā)出一套可以將激光器、移動(dòng)臺(tái)、光譜儀等設(shè)備集成在一起的系統(tǒng)，大大提高了工作效率。團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有專門研發(fā)光刻膠材料的研發(fā)人員，除了可使用1束飛秒激光和1束連續(xù)激光實(shí)現(xiàn)雙光束超分辨直寫光刻外，光刻膠還允許2束都是連續(xù)激光實(shí)現(xiàn)超分辨直寫光刻三維制造。同時(shí)光刻膠材料性能穩(wěn)定，無需特殊處理即可使用。另外，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了精簡(jiǎn)化組裝，縮小了占地面積，增加了防震性能，大大提升了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，整臺(tái)雙光束激光直寫設(shè)備包括激光器、防震裝置、電腦、移動(dòng)臺(tái)等零配件，并且大部分零配件都可以自行生產(chǎn)。設(shè)備還預(yù)留了空間可以增加其他功能，例如，加入了可以進(jìn)行微區(qū)光譜儀進(jìn)行光譜測(cè)試。雙光束超分辨設(shè)備系統(tǒng)從軟件到硬件基本都可以自行研發(fā)，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。

結(jié)論

雙光束超分辨光刻技術(shù)避免了EUV光的使用，可以在不影響分辨率的情況下大幅度降低研發(fā)難度，這為下一代光刻機(jī)技術(shù)指出了一條新道路。雖然雙光束超分辨激光直寫設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但是并不能真正應(yīng)用于芯片制造，目前的用戶主要集中在科研單位，并沒有實(shí)現(xiàn)真正的市場(chǎng)化，并且激光直寫設(shè)備的最大問題就是制造速度太慢，因此，希望盡快制造出基于陰陽文互補(bǔ)掩模版的投影式雙光束超分辨光刻設(shè)備來提高曝光速度。綜上所述，要完成第6代雙光束超分辨光刻設(shè)備的研制和國(guó)產(chǎn)化，還需要繼續(xù)努力。