近日美国一家旨在开拓和商业化原子精密制造 (APM) 技能的公司Zyvex Labs 宣告推出了环球分辨率最高的亚纳米分辨率光刻系统“ZyvexLitho1”，其并没有采取EUV光刻技能，而是基于STM扫描隧道显微镜，利用的是电子束光刻（EBL）办法，可以制造出具有0.768nm线宽（相称于2个硅原子的宽度）的芯片，精度远超EUV光刻机。
一、实现更高的分辨率和精度的关键：氢去钝化光刻
ZyvexLitho1所采取自我显影的电子束光刻(EBL)技能的核心是利用氢去钝化光刻(HDL)从Si(100) 2×1二聚体列（dimer row）重修表面去除氢（H）原子。
氢去钝化光刻是EBL的一种形式，它通过非常大略的仪器实现原子分辨率，并利用能量非常低的电子。它利用量子物理学有效地聚焦低能电子和振动加热方法，以产生高度非线性（多电子）的曝光机制。HDL利用附着在硅表面的单层H原子作为非常薄的抗蚀剂层，并利用电子刺激解吸在抗蚀剂中创建图案。
传统EBL利用大型昂贵的电子光学系统和非常高的能量(200Kev)来实现小光斑尺寸；但是高能电子（得到小光斑尺寸所必需的）分散在传统EBL利用的聚合物抗蚀剂中，并分散沉积的能量，从而形成更大的构造。HDL实现了比传统EBL更高的分辨率和精度。
数据显示，光刻胶中的沉积能量不会低落到光束中央的10%，直到径向间隔约为4nm。
利用HDL，实验团队能够暴露比EBL的10%阈值半径小>10倍的单个原子。这个小得多的曝光区域令人惊异，由于HDL不该用光学器件，只是将钨金属尖端放置在H钝化硅样品上方约1nm处。人们会期望，如果没有光学器件来聚焦来自尖真个电子，那么曝光区域会更大。
10倍的单个原子。这个小得多的曝光区域令人惊异，由于HDL不该用光学器件，只是将钨金属尖端放置在H钝化硅样品上方约1nm处。人们会期望，如果没有光学器件来聚焦来自尖真个电子，那么曝光区域会更大。
△距氢（H）钝化硅表面约1nm的W扫描隧穿显微镜（STM）尖端
电子彷佛不太可能只遵照暴露单个氢原子所需的实心箭头路径。为理解决这个谜团，必须理解电子实际上不是从尖端发射（在成像和原子精密光刻模式下），而是从样品到尖端（在成像模式下）或从尖端到样品（在光刻模式下）模式。利用具有无限平坦和导电衬底的大略模型、STM尖端顶点处单个W原子的发射以及简化的隧穿电流模型，我们将看到电流随着隧穿间隔呈指数低落。
△如果没有亚纳米级别的分辨率和精度，这种 7.7 纳米（10 像素）正方形的曝光是不可能的。
二、ZyvexLitho1的五大特色功能ZyvexLitho1 系统基于 Zyvex Labs 自 2007 年以来一贯在完善的扫描隧道显微镜 (STM) 技能，配备了低噪声、低延迟的20位数字掌握系统，许可用户为固态量子器件和其他纳米器件和材料创建原子精度的图案。ZyvexLitho1套件还包括配置用于构建量子器件的 ScientaOmicron 超高真空 STM。这也使得ZyvexLitho1系统具备其他任何商业扫描隧道显微镜不具备的功能和自动化功能，包括：能够实现无失落真成像、自适应电流反馈回路、自动晶格对准、数字矢量光刻、自动化脚本和内置计量。
△ZyvexLitho1系统
无失落真成像：
Zyvex Labs称ZyvexLitho1系统拥有专有的蠕变和滞后位置校正算法，支持无失落真成像和原子级精确的尖端定位，以实现前所未有的光刻精度。
△在200秒完成500nm跳跃后的未改动蠕变vs.蠕变改动后
自适应电流反馈回路：
所有商业 STM 都利用相同的比例积分 (PI) 回路来升高和降落 STM 尖端，由于它扫描以保持设定点电流。不幸的是，这种大略的掌握循环提示崩溃是常见的。如果只是用于成像，这是可以容忍的，但在进行光刻时这是一个严重的问题。ZyvexLitho1 的掌握系统中采取了得到专利的自适应电流掌握回路，可显著减少尖端碰撞。
△上图显示了跨 硅 表面的线扫描，个中有几个扰动导致轮廓 E 中的电流偏差，个中掌握回路是标准 PI 回路。在配置文件 F 中，自适应掌握回路打开，并且尖端扫描同一行。更准确的电流掌握可供应更准确的轮廓，并且当表面扰动较大时，可避免尖端碰撞。（来源：Tajaddodianfar, F., Moheimani, S. O. R., & Randall, J. N. (2018). Scanning Tunneling Microscope Control: A Self-Tuning PI Controller Based on Online Local Barrier Height Estimation. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 1–12. https://doi.org/10.1109/TCST.2018.2844781）
自动晶格对准：
由于光刻模式和成像模式在能量上分离良好，因此可以在光刻前后对硅表面进行成像。这种非曝光成像模式许可自动识别硅晶格，因此可以自动识别像素在表面上的位置。这种 Lattice Lock 过程自动保持尖端定位（以及因此光刻）准确。
数字矢量光刻
ZyvexLitho1 利用氢去钝化光刻从Si(100) 2×1 二聚体列（dimer row）重修表面去除氢（H）原子。这种自我显影的曝光技能实质上是二元的。H-Si 键要么断裂（将 H 原子送入真空），要么不断裂。没有部分暴露或临近效应。利用这个过程和作为硅表面晶格的全局基准网格许可数字光刻。亚纳米像素是 4 个表面硅原子。可以将设计网格与Zyvex Labs的像素网格相同的打算机赞助设计 (CAD) 文件加载到 ZyvexLitho1 中，并且可以将图案自动分割身分歧的几何形状，从而许可尖端矢量与不同的光刻模式一起利用。然后可以自动进行曝光。
自动化和脚本：
险些所有操作都可以自动化。单个命令或脚本的命令行界面。内置和用户编写脚本的脚本菜单。多种模式输入模式——如几何形状、矢量列表、黑白位图。
内置计量：
供应无损成像模式，以便新图案可以与旧图案对齐，并且可以在写入后检讨图案质量。
三、现在下单，6个月后即可交货
须要强调的是，ZvyvexLitho1系统并不是一款实验室原型产品，而是一款已经可以商用的产品。根据Zyvex Labs官网先容，目前其正在接管 ZvyvexLitho1 系统的订单，交货韶光约为六个月。
据悉，ZvyvexLitho1将会有标准版和高等版两个不同版本，详细售价未知。
Zyvex Labs表示，ZvyvexLitho1制造的芯片可以制造出高精度的固态量子器件，以及纳米器件及材料，对量子打算机来说精度非常主要。将使量子打算机能够得到强大的加密以实现真正安全的通信，更快地开拓新药，并做出更准确的景象预报。
2015年费曼奖得主、硅量子打算公司的首席实行官、新南威尔士大学量子打算和通信技能中央主任Michelle Simmons教授表示，“建立一个可扩展的量子打算机有许多寻衅。我们坚信，要实现量子打算的全部潜力，须要高精度的制造。我们对ZyvexLitho1感到愉快，这是第一个供应原子级精密图案的商业化工具。”
STM光刻技能的发明者、2014年费曼奖得主、伊利诺伊大学教授Joe Lyding表示：“到目前为止，Zyvex实验室的技能是最前辈的，也是这种原子级精确光刻技能的唯一商业化实现。”
ScientaOmicron的SPM产品经理Andreas Bettac博士表示：“在这里，我们将最新的超高真空系统设计和ScientaOmicron的成熟的SPM与Zyvex的STM光刻专用的高精度STM掌握器相结合。我期待与Zyvex连续进行富有成效的互助。”
芯智讯理解到，虽然EBL电子束光刻机的精度可以轻松超过EUV光刻机，但是，这种技能的缺陷也很明显，那便是产量极低（看前面的先容，ZvyvexLitho1光刻时，500nm的位移，须要200秒的韶光），无法快速大量制造芯片，只适宜制作那些小量的高精度芯片或者高精度的掩膜板。而为了提升效率，也有厂商在研究多线束的电子束直写，但电子束之间不难间隔太近，由于同负电电性的电子束之间靠近了就会有滋扰，这也是多线束面临的大问题。但不管若何，这也给半导系统编制造向着1nm以下的皮米级提高供应了一个可行的方向。随着技能的进步，未来EBL电子束光刻面临的一些难题或许也有可能会被办理。
关于Zyvex
Zyvex Corporation 由 Jim Von Ehr 于 1997 年创立，旨在开拓和商业化原子精密制造 (APM) 技能，以制造具有原子精密度的产品。如果开拓得当，APM 许可灵巧制造各种产品，从设计材料到超级打算机再到前辈的医疗设备。
在创办 Zyvex Corporation 之前，Jim 作为软件企业家的背景使他意识到 APM（创建“数字物质”）可以比任何现有技能更有效、更准确和更具本钱效益地制造产品。
早期，Zyvex Corporation 对 APM 进行了根本研究，并常常在此过程中构建自己的工具。最近，该公司通过开拓商业纳米材料和纳米操作产品将该技能推向市场。
2001 年，Zyvex Corporation 得到了美国国家标准与技能研究院前辈技能操持 (NIST ATP) 颁发的一项主要研究奖。纳米技能运用和制造的组装商：开启纳米技能时期（程序 ID 70NANB1H3021）是与霍尼韦尔和几所支持微机电系统 (MEMS) 开拓、纳米探测、纳米操作和其他根本纳米技能事情的大学共同承担本钱的五年联合操持。
2003 年和 2004 年，Zyvex 公司得到了美国 DARPA（国防高等研究操持局）颁发的小型企业创新研究 (SBIR) 奖，以开拓 mini-SEM。小型扫描电子显微镜和用于生产低本钱mini-SEM的制造组装技能支持了Zyvex在电子光学技能上的发展。
2004 年，Zyvex 公司还收到了美国能源部的另一份 SBIR。用于透射电子显微镜的 MEMS 纳米探针（程序 ID DE-FG 0204ER84130）专注于开拓用于透射电子显微镜 (TEM) 的基于 MEMS 的纳米操作器。该操持的结果间接导致了Zyvex MEMS 风雅定位阶段的改进。
2007 年 4 月，Zyvex Corporation 重组为三个独立的公司，以确保持续专注于产品：Zyvex Performance Materials LLC、Zyvex Instruments LLC 和 Zyvex Labs LLC。资产在三个公司之间分配，并为材料和仪器业务聘请了专门的管理职员。
目前，Zyvex Labs 有两个目标：1、开拓 APM；2、开拓微细加工和 3D 微组装技能。Zyvex Labs的 MEMS 技能是在 Zyvex 为期 5 年、耗资 2500 万美元的 NIST ATP 项目期间开拓的，目前正用于制造微型科学仪器，例如微型扫描电子显微镜和微型原子力显微镜，以及下一代纳米探测系统。这些系统将为更大的市场合作伙伴开拓或根据终极产品分拆成独立的公司。Zyvex Labs 也是 Nano-Retina的创始互助伙伴，该公司正在构建一种前辈的假肢视觉设备。
须要指出的是，Zyvex Labs 的资金紧张来自政府研发条约、私人投资和条约研究。这次推出的ZvyvexLitho1系统也是在DARPA、陆军研究办公室、能源部前辈制造办公室和德克萨斯大学达拉斯分校的Reza Moheimani教授的支持下完成的。
编辑：芯智讯-浪客剑 资料来源：Zyvex Labs官网
