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光電/顯示技術  

EUV顯微成像技術突破解析度限制

上網時間: 2015年08月31日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:SEM  ATM  極紫外光  EUV  脈衝 

可見光的波長(400-700nm)使其無法以當今的工具拍攝各種相應解析度的奈米級物件。其解決之道一向是採用顯描式電子顯微鏡(SEM)與原子力顯微鏡(ATM)來實現合適的影像。然而,這些工具仍無法產生接近於「埃」(angstrom;奈米的十分之一)等級的解析度。一種新型的顯微鏡利用極紫外光(EUV)的飛秒(fs)脈衝可望突破這一限制——這種EUV與次10nm半導體微影技術所用的是相同的光波長。

這項驚人的突破來自美國科羅拉多大學波德分校(University of Colorado Boulder)的科學家,包括物理與電腦工程教授Margaret Murnane、Henry Kapteyn,他們聯手開發了新型的EUV顯微鏡;這項研究並得到了Semiconductor Research Corp. (SRC)的贊助支持。


圖1:圖中以假色襯托由科羅拉多大學EUV飛秒雷射脈衝合成的相片細節
(來源:University of Colorado)

「SRC十分滿意這項實驗的結果,」SRC奈米製程材料與製程資深科學總監Kwok Ng表示:「當元件進展到小於10nm時,通常會為其成像帶來挑戰。因此,這種桌上型的EUV顯微鏡可望成為業界的一大福音。」

SEM與ATM都是大型、笨重且昂貴的設備,必須裝配在專用桌面上。然而,EUV顯微鏡則可安裝在實驗室桌上,而且能輕鬆地在不同的位置之間移來移去或儲藏在櫃子裡。此外,它還能以媲美最高解析度可見光波長相機所能實現的超高對比影像來簡化測試作業,甚至還能達到埃級的解析度。

該系統的工作原理是利用由30nm光源照射的光圈反射式顯微鏡,提高其波長至超高諧波。40-80nm橫向解析度的全域影像形成僅6埃(0.6nm)軸向顯析度以及約1分鐘的曝光時間。此外,研究團隊也正致力於製作具有10fs解析度的奈米系統影片。


圖2:相較於圖1的EUV顯微鏡圖,具有相同結構的SEM圖不夠細緻,也無法達到埃級解析度
(來源:University of Colorado)

這一過程的秘訣在於利用同調EUV光源(但不同於微影技術所用的),它是一種全向的閃光。藉由利用EUV雷射的飛秒脈衝,研究人員希望不只能為微型物件進行成像圖,同時也能將這一技術導入記憶體裝置與醫療應用中。

在EUV雷射掃描成像的物體時,還必須使用電腦演算法重新建構10fs脈衝光源散射的影像。未來,研究員計劃將光束從30nm縮小至1nm以下,達到低於埃級(相當於原子的大小)的解析度。

「半導體需要越來越好的成像系統,才能持續摩爾定律的進展,以及為醫療領域導入奈米科學技術,包括眼部手術、根據化學反應速度測量劑量,以及個人對化學藥物的敏感程度等,」Murnane表示。

在化學、材料科學和生物學中的許多樣本十分雜亂無章,他們分別具有各種不同的焦距,使其幾乎無法以光學、電子或X光顯微鏡進行成像。然而,透過EUV顯微鏡的更短飛秒脈衝能夠解決這種混亂,同時,藉由觀察其所發生的化學與其他反應,進一步加速進展。

「在製造過程中,像EUV雷射般的光束可獨立使用或作為搭配工具,用於檢測缺陷,」Kapteyn表示,「工作電路與奈米系統的高對比、全域與即時影像,將推動製造應用的先進技術進展。」

像雷射般的EUV光束是從40nm光源的27次諧波產生,甚至可在達到5000次諧波時超過1nm。

編譯:Susan Hong

(參考原文:EUV Breaks Through to Angstrom,by R. Colin Johnson)





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