光刻研究表明，计算机芯片有可能变得更小

Paul Scherrer Institute PSI的研究人员一直在提高光刻工艺的分辨率。他们希望利用他们的技术来帮助推进计算机芯片的小型化

计算机芯片的小型化是数字革命的关键之一。它使计算机变得越来越小，同时也变得越来越强大。这反过来又是自动驾驶、人工智能和移动通信5G标准等发展的先决条件。现在，由Paul Scherrer Institute PSI X射线纳米科学与技术实验室的Iason Giannopoulos、Yasin Ekinci和Dimitrios Kazazis领导的一个研究小组设计了一种创建更密集电路图案的技术

目前最先进的微芯片具有间隔12纳米的导电轨道，即比人类头发薄约6000倍。相比之下，研究人员已经设法产生了间距仅为5纳米的轨道。因此，电路的设计可以比以前更紧凑

Giannopoulos解释说：“我们的工作展示了光的图案化潜力。这对工业和研究来说都是向前迈出的重要一步。”

微芯片的生产就像电影屏幕上的图片一样

就在1970年，微芯片上只有大约1000个晶体管的空间。如今，一个仅比指尖大的区域可以容纳大约600亿个组件。这些组件是使用一种称为光刻的工艺制造的：一片薄薄的硅晶片被涂上一层光敏层，即光致抗蚀剂

然后将其暴露在与微芯片蓝图相对应的光照模式下，这会改变光致抗蚀剂的化学性质，使其对某些化学溶液可溶或不溶。随后的治疗会去除暴露（阳性过程）或未暴露（阴性过程）的区域。最后，在晶片上留下导电轨道，形成所需的布线图案

使用的光类型对于微型化和使微芯片越来越紧凑至关重要。物理定律规定，所用光的波长越小，图像中的结构就越紧密。长期以来，该行业一直使用深紫外光（DUV）。这种激光的波长为193纳米。相比之下，人眼可见的蓝光范围在400纳米左右结束

自2019年以来，制造商一直在大规模生产中使用波长为13.5纳米的“极紫外光”（EUV），比以前短了十多倍。这使得打印更精细的结构成为可能，低至10纳米或更小。在PSI，研究人员使用瑞士光源SLS的辐射进行研究，根据行业标准调整为13.5纳米

基于光子的光刻可以实现非常高的分辨率

然而，PSI研究人员通过间接而非直接暴露样品来扩展传统的EUV光刻。在EUV镜面干涉光刻（MIL）中，两个相互相干的光束被两个相同的镜子反射到晶片上。然后，光束产生干涉图案，其周期取决于入射角和光的波长

该小组能够在一次曝光中实现五纳米的分辨率，即轨道间距。在电子显微镜下观察，发现导电轨迹具有高对比度和锐利的边缘

Kazazis指出，“我们的研究结果表明，EUV光刻可以产生极高的分辨率，这表明目前还没有根本的限制。这真的很令人兴奋，因为它扩展了我们认为可能的范围，也为EUV光刻和光致抗蚀剂材料领域的研究开辟了新的途径。”

2025年底推出的一种新的EUVL工具

目前，这种方法对工业芯片生产来说并不有趣，因为它与工业标准相比非常缓慢，只能生产简单和周期性的结构，而不能生产芯片设计。然而，它为未来芯片生产所需的光刻胶的早期开发提供了一种方法，其分辨率在业界是不可能的

该团队计划在SLS继续使用新的EUV工具进行研究，预计到2025年底。新工具与目前正在升级的SLS 2.0相结合，将提供大大增强的性能和功能 More information: Iason Giannopoulos et al, Extreme ultraviolet lithography reaches 5 nm resolution, Nanoscale (2024). DOI: 10.1039/D4NR01332H

Journal information: Nanoscale