近日，麻省大学阿默斯特分校的研究团队，发表了一项创新研究，宣布他们成功研发出一种基于超表面的远距离3D对准技术。这种新型对准技术，能够以深亚波长的精度测量两个远距离物体的相对位置，显著提升了3D集成光学与电子芯片的制造精度。该工作以“3D alignment of distant patterns with deepsubwavelength precision using metasurfaces”为题，发表在《自然通讯》上。
研究背景及突破性技术
该研究针对半导体芯片制造中越来越迫切的高精度3D对准需求，提出了全新的解决方案。在当前的芯片制造中，多层图案的对准依赖于显微成像技术，但由于距离较大，传统方法难以达到所需的纳米级精度。而麻省大学阿默斯特分校的研究团队通过引入超表面对准标记，配合激光和相机，成功实现了亚纳米级精度的对准，大大提高了精度和操作简便性。
实验结果表明，该方法能够实现横向精度为激光波长的五万分之一，轴向精度为激光波长的六千三百分之一。这一技术有望推动新一代3D集成光学与电子芯片的生产，为高精度位移传感器等应用铺平道路。
关键技术与原理
该研究通过超表面标记的干涉模式，成功实现了图案的精确对准。在实验中，两个具有不同相位特性的超表面标记会生成干涉全息图，当两者在空间中发生微小位移时，干涉图案会随之发生明显变化。通过对干涉图的自动估算，团队能够快速、准确地测量两个工作件之间的相对位移，且不再依赖传统的显微成像。
该方法不仅在理论上具有高度的精准性，实际实验中也表现出极高的稳定性和可靠性。研究人员展示了即使在样品之间相隔毫米级距离的情况下，也能够精准对准，且操作设备仅需激光和相机，大大降低了成本。
图1：超表面对准标记。
潜在应用与未来前景
这项突破性技术有望广泛应用于多种高精度制造领域，尤其是在3D集成电路与光学系统的对准过程中。传统方法在大尺度对准上难以达到如此精度，而这种基于超表面的技术不仅能够提供纳米级的精度，还极大地减少了系统复杂性和操作难度。
此外，研究还展示了该技术在位移传感器和结构变形监测中的潜力。在未来，随着该技术进一步的优化和推广，芯片制造、光学元件调节等领域都将从中获益。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-53219-z
