另一方面，需要配置合適的光刻膠以響應雙光束超分辨設備。雙光束光刻膠一般是短波長光發(fā)生聚合反應，而長波長的光對光刻膠不響應，并且抑制短波長光的聚合作用，這使得在可見光區(qū)域，當用來對第1束光衍射邊緣進行修正的第2束光的波長選擇更長波長時，這個要求能夠較為容易地滿足。同時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第2束光響應必須是第1束光光強不為0的情況。然而，雙光束超分辨光刻技術(shù)要達到較高的分辨率，要求第2束光的作用效果要很強。但是，如果第2束光的光強很強，會導致膠體出現(xiàn)光學非線性效應（容易產(chǎn)生氣泡），這種由于強光所導致的問題目前已經(jīng)被筆者所在的團隊解決。但是目前還未探究第1束光是紫外光波長的情況，一旦研制成功，雙光束光刻技術(shù)可以完美地與EUV光刻機結(jié)合，達到更高的分辨率。
雙光束超分辨光刻設備研發(fā)進展
甘棕松課題組一直致力于將雙光束超分辨原理進行應用和成果轉(zhuǎn)化。2013年，本課題組在使用雙光束超分辨激光直寫設備成功得到了9nm的線寬，并且線中心間距可以達到52nm，研究為這項技術(shù)真正突破衍射極限提供了關鍵依據(jù)，研究成果被《Nature Nanotechnology》《Nature Materials》等期刊專題評論，“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，雙光束光刻設備在三維結(jié)構(gòu)制造方面也取得了重大突破。2019年，團隊對雙光束超分辨光刻設備對提升光存儲的容量和密度進行研究，并取得較好成果。2022年，對投影式雙光束超分辨光刻技術(shù)進行了概述。團隊目前專注于雙光束超分辨直寫光刻設備方面的研究及成果轉(zhuǎn)換，雙光束超分辨直寫光刻設備示意如圖4所示。
圖4 雙光束激光直寫設備示意
雙光束超分辨光刻技術(shù)的優(yōu)勢主要如下。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。在達到同等分辨率的前提下，與EUV光刻機相比，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，雙光束超分辨光刻技術(shù)的制造成本較低，只在現(xiàn)有的光刻設備基礎上新增1條光路。新增的光路不會影響原有光束路徑，只有在2條光路合束后才會產(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，對原有單光束光刻機是沒有影響的。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)品的市場化。對于雙光束超分辨激光直寫設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理是雙光子吸收，目前飛秒激光器已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化，設備中的第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，是因為第2束光不能對光刻膠產(chǎn)生聚合，因此光強不宜太強。另一方面，是因為連續(xù)激光的價格相對于飛秒激光更低。團隊自行設計了雙色鏡和濾波片，并委托國內(nèi)鍍膜商進行了加工。還自行研制了機械光開關，開關壽命可以達到3億次以上。零部件國產(chǎn)化程度的提升，大大了降低整機造價。
為了能讓雙光束超分辨設備系統(tǒng)可以集成一體化，團隊已經(jīng)研發(fā)出一套可以將激光器、移動臺、光譜儀等設備集成在一起的系統(tǒng)，大大提高了工作效率。團隊現(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)激光實現(xiàn)超分辨直寫光刻三維制造。同時光刻膠材料性能穩(wěn)定，無需特殊處理即可使用。另外，對設備進行了精簡化組裝，縮小了占地面積，增加了防震性能，大大提升了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，整臺雙光束激光直寫設備包括激光器、防震裝置、電腦、移動臺等零配件，并且大部分零配件都可以自行生產(chǎn)。設備還預留了空間可以增加其他功能，例如，加入了可以進行微區(qū)光譜儀進行光譜測試。雙光束超分辨設備系統(tǒng)從軟件到硬件基本都可以自行研發(fā)，實現(xiàn)國產(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，這為下一代光刻機技術(shù)指出了一條新道路。雖然雙光束超分辨激光直寫設備已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化，但是并不能真正應用于芯片制造，目前的用戶主要集中在科研單位，并沒有實現(xiàn)真正的市場化，并且激光直寫設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掩模版的投影式雙光束超分辨光刻設備來提高曝光速度。綜上所述，要完成第6代雙光束超分辨光刻設備的研制和國產(chǎn)化，還需要繼續(xù)努力。
