熊诗圣|新一代光刻技术——嵌段共聚物光刻 

2018年7月29至31日，由上海科技大学与美国化学学会（American Chemical Society， 简称ACS）共同主办的全球科技研讨会——“材料科学前沿”(ACS Publications Symposium: Innovation in Materials Science)在上科大报告厅成功举办。研讨会吸引了200余名来自世界各地的专家学者、科研人员和青年学子，他们围绕光子科学材料、先进纳米材料、能源材料、生物材料、环保材料等主题进行了深入的探讨。

上海千人计划特聘专家、复旦大学信息科学与工程学院研究员、博士生导师熊诗圣现场作了题为《用于半导体制造的嵌段共聚物光刻技术(Block copolymer lithography)》的演讲报告。

上海千人计划特聘专家、复旦大学信息科学与工程学院研究员、博士生导师 熊诗圣

在演讲中，熊诗圣教授首先回顾了光刻技术的发展历史和技术瓶颈。摩尔定律发展到今天，面临着量子物理极限和制造难度指数级上升两方面的重大挑战。在“More Moore”和“More than Moore”两条路线争执不下的同时，半导体工业界仍然需要继续推进纳米加工的前沿，以满足高性能计算和高密度存储等方面的需求。

嵌段共聚物光刻依赖分子级的自组装机制，与传统激光光刻技术的工作原理大相径庭。类似于水和油的相分离，嵌段高分子共聚物由于共价键的存在，在退火过程之后，形成周期性的纳米图案，其尺度可以一直延伸到3纳米左右。熊诗圣教授详细介绍了如何采用普通光刻形成的稀疏图案，引导嵌段共聚物的自组装，在达到热平衡状态之后，最终的缺陷率可以控制在10-8/cm2以下。通过与原子层沉积技术无缝耦合，高分子层的图案可直接被转移到硅衬底上。其中，10纳米节点的光栅图形，相应的边缘粗糙度可控制在2纳米左右，达到芯片级加工工艺的水平。

左图是石墨烯和锗交替的线条图形，用于嵌段共聚物定向自组装形成有序图形（见右图）。上面是原理图，下面是扫描电镜图形。图中线条宽度为200nm。

在技术应用方面，熊诗圣教授展示了从电子束光刻开始，结合嵌段共聚物光刻和纳米压印全流程的6英寸制造工艺，成功实现2Td/inch2的全数字式磁存储。每一片石英母版，理论上可用于制造千万片磁盘。考虑到高分子合成领域的最新进展，未来三年内存储密度有望提高3倍以上。此外，熊诗圣教授说道，嵌段共聚物光刻技术尤其适合于制造鳍状场效应晶体管和X射线光学器件等，应用前景十分广阔。

William E Moerner教授听报告时所作的笔记

 最后，熊诗圣教授向现场参会者介绍了复旦大学微纳系统中心国际一流的十纳米以下级加工平台，其中包括电子束光刻设备、等离子体刻蚀机、原子层沉积、高分辨扫描电镜等重要装置。熊诗圣教授的演讲报告引起了William E Moerner教授（2014年诺贝尔化学奖得主）的关注，并在会后进行了交流探讨。