半导体制造处于现代电子产业的基石地位，但其准入门槛极高，以至于大多数科研机构仍难以开展有实质意义的研究。 极紫外（EUV）光刻技术，作为将电路图案印制到硅片上的主流技术，依赖于造价超过2亿美元、体积庞大的光刻机，这些机器往往需要占据整个房间的空间。
得克萨斯大学奥斯汀分校（UT Austin）科克雷尔工程学院的研究人员，在美国国家科学基金会"半导体未来"计划的支持下，着手改变这一局面。他们的研究成果是：一台由精简组件构成的桌面级EUV设备，并结合一种新型打印技术，可将原本需要数天的加工过程压缩至数分钟。
研究人员在科克雷尔工程学院的无尘室里使用设备工作。照片由科克雷尔工程学院提供
并行打印：体积式3D图案化如何改变游戏规则
核心创新不仅在于让硬件变得更小，更在于从根本上重新构思纳米结构的打印方式。商用EUV光刻技术是通过二维步骤逐层构建三维结构的，这一顺序式工艺虽然可行，但会迅速累积时间成本。"实际的曝光打印过程可能不需要很长时间，"该校沃克机械工程系教授、这项发表在《纳米快报》上的研究的共同第一作者张志浩（Chih-Hao Chang）表示，"但后续处理可能需要数天时间。"得克萨斯大学奥斯汀分校团队开发的体积式三维图案化技术正是为了直接解决这一问题，它能够同时打印多层结构，而非逐层堆叠。以前需要数天的曝光流程现在只需几分钟即可完成。这款桌面级设备本身也比其工业级对手更具模块化和多功能性，能够支持那些价值2亿美元的商用机器永远无法容纳的研究配置。
科克雷尔团队已经测试了由达拉斯得克萨斯大学和约翰霍普金斯大学合作伙伴开发的EUV材料，还有更多的材料合作项目正在进行中。目前，该技术仅适用于周期性结构，这一限制使其主要应用于存储芯片和光子器件领域。更长远的目标（仍需数年时间实现）是向更复杂的几何结构和更快的打印速度推进，从而进一步缩小半导体内部的开关尺寸，直接转化为每颗芯片更强大的计算能力。"除了半导体制造，三维纳米结构图案化能力还可以应用于纳米药物、量子计算或新型材料合成等医学领域，"该研究的第一作者、近期毕业的博士研究生Saurav Mohanty表示。
科克雷尔工程学院洁净室内的桌面极紫外光刻设备。照片由科克雷尔工程学院提供
打破半导体研究的准入壁垒
得克萨斯大学奥斯汀分校团队正在解决的战略性差距主要不是技术层面的，而是经济层面的。半导体研究长期以来受到与半导体生产相同的壁垒制约：探索新想法所需的基础设施成本堪比建造一座小型工厂。驱动此类研究的主导逻辑是"民主化"——让研究人员能够在远离传统制造中心的地方创造和测试先进硬件，而不是依赖于少数拥有工业级设备的研究机构。
这项努力是更广泛的学术倡议浪潮的一部分，这些倡议旨在使纳米级制造变得更加开放和迭代。得克萨斯大学奥斯汀分校的工程师们正在开发全息超表面纳米光刻技术——这是一种独立的方法，旨在使半导体芯片的电子封装更快、更高效、更可持续，该项目获得了DARPA 1450万美元的资助，合作伙伴包括诺斯罗普·格鲁曼公司和恩智浦半导体公司。
此外，代顿大学的研究人员开发了一种光-热-机械纳米打印技术，能够使用低成本激光束在真空环境外打印小于100纳米的结构，该技术专门设计用于降低成本并在生产过程中实现纠错，从不同的技术角度解决了同样的准入问题。贯穿这些努力的共同主线不仅仅是速度或分辨率，而是将半导体研究从资本密集型的工业活动转变为大学和小型研究机构能够迭代进行的雄心。得克萨斯大学奥斯汀分校的桌面级EUV设备正是朝着这个方向迈出的切实一步。
来源：中国3D打印网
0 留言