突破局限：MEMS技术驱动芯片的微型化

突破局限：MEMS技术驱动芯片的微型化

微芯片的微型化发展似乎已经达到了极限，但一项突破性的技术正在改变这一现状。弗劳恩霍夫硅技术研究所(ISIT)和IMS纳米加工有限公司成功突破了电子束掩模写入器关键设备的加工局限，为新一代微芯片的生产开辟了新的可能性。

荣获约瑟夫·冯·弗劳恩霍夫奖的三位科学家：Martin Witt、Jacqueline Atanelov博士和Michael Kampmann（从左到右）

突破性技术：电子多光束掩模写入器

智能手机等电子设备的发展趋势可以用“更小、更快、更强大”来概括。微芯片作为这些设备的核心，也需要不断缩小尺寸并提升性能。然而，传统的制造技术已经接近极限。

来自维也纳的IMS纳米加工有限公司开发的电子多光束掩模写入器提供了一个突破性的解决方案。该设备的关键元件来自弗劳恩霍夫硅技术研究所(ISIT)。据ISIT的Martin Witt介绍：“以前，只能在芯片上实现不到10纳米的工艺尺寸——一个原子是0.1纳米——但新的制造方法使工艺尺寸达到7纳米甚至更小。”

创新技术的核心：MEMS开关元件

在传统的芯片生产中，半导体材料硅晶片被均匀地涂上光刻胶，通过将其暴露在目标光下而硬化；未硬化的区域被移除，并在暴露区域处理硅；在去除光刻胶的硬化部分后重新开始该过程。通过这种方式，芯片是逐层创建的——对于复杂的芯片，需要多达70个曝光阶段。

而这种新方法的主要特点在于：“我们使用512乘以512束，而不是用单束在电子敏感光刻胶上写入掩模结构，因此超过262,000束。”Kampmann解释道。弗劳恩霍夫ISIT的微机电系统(MEMS)开关元件使这成为可能：该元件基本构成新型多光束掩模写入器的核心。简而言之，微系统开关元件就像一个薄膜，其上有超过262,000个允许电子束通过的开口。但与淋浴喷头喷出的水流不同，这些光束并不平行。相反，它们可以通过特殊的控制电极单独控制和重定向。

无与伦比的优势

“电子多光束掩模写入器使我们能够在短短几个小时内创建高质量和高分辨率的复杂结构，”Atanelov补充道。目前没有任何技术可以与创新的电子多光束掩模写入器相媲美，因此市场需求巨大。这些设备为IMS带来了4亿美元的年收入，而在弗劳恩霍夫ISIT也可以看到这种影响——当前行业年收入远超100万欧元。这项获奖技术在实现进一步小型化的基础上取得了出色的商业成功。