2个硅原子宽度!美国造出0.7nm芯片!

芯片业界又诞生一则重磅消息!美国Zyvex公司使用电子束光刻技术制造了768皮米,也就是0.7nm的芯片,这种芯片可用于量子计算机。

据了解,Zyvex公司推出的光刻系统名为ZyvexLitho1,基于STM扫描隧道显微镜,使用的是EBL电子束光刻方式,制造出了0.7nm线宽的芯片。

要知道,如今通常人们所说的光刻机都是基于EUV光刻系统的。在传统的芯片制造路径中,台积电,三星等制造巨头需要采购ASML的光刻机设备。这种光刻机主要用于前道光刻,根据技术制程的不同,主要分为DUV(KrF、ArF、ArFi)和EUV光刻机。

其中EUV光刻机是目前最先进的设备,一台造价1.2亿美元。但是ASML还在研发更先进的NA EUV光刻机设备,预计将在2024年交付。到时候可以支持2nm芯片的量产。只是NA EUV光刻机的价值比普通EUV光刻机高出了3倍左右,不是一般企业能承受的。只是为了获得更先进的制程芯片,也只能掏钱了。

而ZyvexLitho1光刻系统的精度是远高于EUV光刻系统,相当于2个硅原子的宽度,这是当前制造精度最高的光刻系统,制造出来的芯片主要是用于量子计算机,可以制造出高精度的固态量子器件,以及纳米器件及材料,对量子计算机来说精度非常重要。

资料显示,Zyvex是致力于生产原子级精密制造工具的纳米技术公司。这个产品是在DARPA(国防高级研究计划局)、陆军研究办公室、能源部先进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,他最近被国际自动控制联合会授予工业成就奖,“以支持单原子规模的量子硅设备制造的控制发展”。

据悉,ZyvexLitho1目前已经可以商用,Zyvex公司已经可以接受其他人的订单,并表示设备可以在6个月内出货。

Zyvex公司借助ZyvexLitho1光刻系统打造0.7nm芯片的消息也引起了不少人关注。2015年费曼奖得主、硅量子计算公司的首席执行官、新南威尔士大学量子计算和通信技术中心主任Michelle Simmons教授表示,“建立一个可扩展的量子计算机有许多挑战。我们坚信,要实现量子计算的全部潜力,需要高精度的制造。我们对ZyvexLitho1感到兴奋,这是第一个提供原子级精密图案的商业化工具。”·

STM光刻技术的发明者、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实验室的技术是最先进的,也是这种原子级精确光刻技术的唯一商业化实现。”

EBL电子束光刻机会是未来的新方向吗?

据了解,Zyvex公司的光刻技术,是基于STM扫描隧道显微镜,使用的是EBL电子束光刻方式,实际上这种技术与极紫外线没有任何关系,称之为电子束光刻机,可能更合适一点。

EBL——电子束曝光系统(electron beam lithography),是一种利用电子束在工件面上扫描直接产生图形的装置。由于SEM、STEM及FIB的工作方式与电子束曝光机十分相近,美国JC Nabity Lithography Systems公司是最早研发了基于改造商品SEM、STEM或FIB的电子束曝光装置(Nanometer Pattern Generation System纳米图形发生系统,简称NPGS,又称电子束微影系统)。

电子束曝光技术具有可直接刻画精细图案的优点,且高能电子的波长短(< 1 nm),可避免绕射效应的困扰,是实验室制作微小纳米电子元件最佳的选择。

相对于购买昂贵的专用电子束曝光机台,以既有的SEM等为基础,外加电子束控制系统,透过电脑界面控制电子显微镜中电子束之矢量扫描,以进行直接刻画图案,在造价方面可大幅节省,且兼具原SEM 的观测功能,在功能与价格方面均具有优势。

由于其具有高分辨率以及低成本等特点,在北美研究机构中,JC Nabity的NPGS是最热销的配套于扫描电镜的电子束微影曝光系统,而且它的应用在世界各地越来越广泛。

此次Zyvex推出的ZyvexLitho1,这个20位数字控制系统具有低噪音、低延迟的特点,使用户能够为固态量子设备和其他纳米设备和材料制作原子级的精确图案。

ZyvexLitho1作为一个完整的扫描隧穿光刻系统,具有任何其他商业扫描隧穿光刻系统不具备的功能:能够实现无失真成像、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。不仅如此,完整的ZyvexLitho1系统还包括一个为制造量子器件而配置的ScientaOmicron超高真空STM(扫描隧穿显微镜)。

小结

虽然EBL电子束光刻机的精度可以轻松超过EUV光刻机,但是,这种技术的缺点也很明显,那就是产量很低,无法大规模制造芯片,只适合制作那些小批量的高精度芯片或者器件,指望它们取代EUV光刻机并不现实。

不过这还是证明,并不是只有传统的EUV光刻机才能造芯片,世界上也存在着比EUV光刻机精度更高的光刻系统。若将来这类电子束光刻机运用到更多的领域,或将改变现有的芯片制造市场格局。