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激光全息技术或彻底改变3D芯片制造 该方法利用激光和全息图检测小至0.017纳米的错位 美国麻省大学阿默斯特分校的研究人员开发了一种新型3D半导体芯片对准方法：通过激光照射芯片上的同心超表面透镜（metalens）图案生成全息图。这项发表于《自然-通讯》（Nature Communications）的研究成果，有望大幅降低2D芯片制造成本、推动3D光子与电子芯片发展，并为经济型紧凑传感器技术开辟道路。  模拟和测量不同大小的横向错位，从150nm到1微米（或 1,000 nm）。 半导体芯片通过内部精密排列的元件实现电子设备的信息处理、存储与传输功能。然而，传统2D芯片设计已逼近技术极限，3D集成被视为最具前景的发展方向。3D芯片需将多层2D芯片堆叠，各层间需在三维空间（x、y、z轴）实现数十纳米级精度的严格对准。 传统对准技术的局限 论文通讯作者、UMass Amherst电子与计算机工程副教授Amir Arbabi解释道：“传统对准方法通过显微镜观察两层的标记（如边角或十字线）并尝试重叠”。  图中a.半导体层使用同心超透镜作为对准标记进行堆叠。图中b.光线穿过这些标记以投影全息影像。镜片的对齐或错位决定了全息影像的外观。 但显微对准法难以适配3D芯片制造。论文第一作者、博士生Maryam Ghahremani指出：“显微镜无法同时聚焦于相距数百微米的两层十字线，且重新调焦可能导致芯片位移。此外，传统方法的分辨率受限于约200纳米的衍射极限。”  两层间隙中不同大小错位的模拟和测量结果，从1微米（或 1,000 纳米）到3μm。 纳米级检测的突破 Arbabi团队的新方法无需移动部件即可检测远距离层间的超微错位。研究团队原计划实现100纳米精度，但实际成果远超预期：侧向错位（x、y轴）检测精度达0.017纳米，层间距（z轴）误差识别精度达0.134纳米。Arbabi比喻道：“若两个物体发生原子级位移，我们通过透射光即可检测。”肉眼可识别数纳米级误差，计算机甚至能解析更小偏差。  计算机可以读取肉眼无法检测到的错位，如这个 10 nm 横向错位所示。 为实现这一突破，研究团队在芯片上刻蚀同心超表面透镜作为对准标记。当激光同时穿透两芯片标记时，会生成两组干涉全息图。Ghahremani解释：“干涉图像直接反映芯片对准状态及错位方向与程度。” Arbabi强调：“芯片对准是半导体设备制造商面临的重大成本挑战，我们的方法为这一难题提供了解决方案。”低成本优势还将助力中小型初创企业的半导体创新。此外，该技术可拓展至位移传感器领域，用于压力、振动、温度、加速度等物理量的测量。Arbabi补充道：“只需简单激光器与摄像头，即可将多种物理量转化为位移信号进行检测。” 这项突破性技术不仅为3D芯片制造提供高精度工具，更可能催生新一代微型化、低成本的传感器生态系统。 相关链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53219-z 分享到：
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