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【中国科学报】我国新一代超分辨光刻机通过验收
作者: 发布时间:2018-12-03 阅读次数:

  本报见习记者 高雅丽 本报记者 彭丽 

  随着微纳米技术向光学领域的扩展,微纳光学结构的制造技术已成为现代先进制造的重要方向,其水平高低也是体现一个国家综合实力的标志之一。如何研制出面向微纳光学结构制造的光刻装备成为相关领域科技工作者追求的目标。

  11月29日,由中国科学院光电技术研究所(以下简称光电所)承担的国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备研制”通过验收,该装备用365nm波长的紫外光单次成像实现了22nm的分辨率,为光学超材料/超表面、第三代光学器件、传感芯片等纳米光学加工提供了全新的解决途径。

  突破分辨力衍射极限 

  光学光刻作为主流的微电子芯片制造技术,具有独特的优势。需要不断地通过缩短波长、增大数值孔径提高分辨力,来满足微电子技术的发展。

  在光电所的努力下,本项目利用表面等离子体超分辨成像原理,突破了衍射极限,不是通过缩短波长或增大数值孔径来实现的,为突破多个光刻分辨力节点提供了一种全新的技术。

  验收专家组表示:“项目在原理上突破分辨力衍射极限,建立了一条高分辨、大面积的纳米光刻装备研发新路线,绕过了高分辨光刻装备技术知识产权壁垒”

  开辟“新”光刻技术和装备 

  为什么这台光刻装备采用了新的原理和技术?光电所研究员、项目副总设计师胡松告诉记者,该成像(任意图形)步进重复光刻(非直写)装备难度很大,项目组必须开辟一条新路径。

  自2003年以来,光电所在超分辨成像光刻技术方面进行了深入系统地探索,取得了多项技术突破。在此基础上,瞄准领域需求,2012年承担了国家重大科研装备——超分辨光刻装备项目。经过近7年艰苦攻关,项目组突破了高均匀性照明,超分辨光刻镜头,纳米级分辨力检焦及间隙测量,超精密、多自由度工件台及控制等关键技术,完成了装备研制。

  这台装备采用365nm波长光源,单次曝光最高线宽分辨力达到22nm。对此,胡松打了一个比方:“这相当于我们用很粗的刀,刻出一条很细的线。”

  回忆这7年的攻关时刻,胡松告诉记者,一开始有些项目成员“不相信能做出这台设备”。但随着项目组先后实现了50nm、45nm、32nm超分辨成像光刻结果,大家的信心越来越坚定。

  “我最激动的时候是去年7、8月份,当时我们做出了10mm×10mm的多场重复曝光,这意味着技术已经逐渐成熟。”胡松说。

  在此基础上,项目组面向更高分辨力特征图形(非IC芯片)的制造,开发了高深宽比刻蚀、多重图形等配套工艺。该项目目前已获得了授权国内发明专利47项,国外发明专利4项,拥有完全自主知识产权。

  解决产业应用难题 

  现在微纳光刻技术是现代先进制造的重要方向,是信息、材料等诸多领域的核心技术。与此同时,光学超材料、新型光机电集成器件、变革性光学技术等的出现,迫切需要发展专用的微纳制造工具。

  面对实际应用需求,项目组通过技术的延伸,解决了多种微纳功能材料和器件的加工难题,并实现了相关器件的制造。

  例如在生化传感芯片方面,通过超分辨光刻装备制备的纳米传感器件,可以实现对目标分子的高灵敏探测,避免检测过程中的接触污染,在早期癌症诊断技术方面实现突破。

  目前,该装备还不具备用于产线上微电子芯片的制造能力,不能代替微电子芯片的制造。

  验收专家表示,利用超分辨光刻装备,项目组为航天科技集团第八研究院、中科院上海微系统与信息技术研究所、电子科技大学、四川大学华西二院、重庆大学等多家单位制备了一系列纳米功能器件,包括大口径薄膜镜、超导纳米线单光子探测器、切伦科夫辐射器件、生化传感芯片、超表面成像器件等,验证了超分辨光刻装备纳米功能器件(非IC芯片)加工能力,已达到实用化水平。

  验收专家认为,这项装备形成了一条全新的纳米光学光刻技术路线,具有完全自主知识产权,为超材料/超表面、第三代光学器件、广义芯片(非IC芯片)等变革性战略领域的跨越式发展提供了制造工具。

  光电所团队在后续研究中将尽他们的微薄之力继续扩展超分辨光刻装备的功能。

  《中国科学报》 (2018-11-30 第1版 要闻) 

 
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