通過將材料塑造成具有高保真度的硅設計圖案，光刻技術為電子學、光子學、納米流體學和納米機電系統奠定了制造基礎。在半導體加工中，光刻技術在過去的幾十年中被用于調整柵極和觸點的間距（即按比例縮小它們的中心間距），以滿足集成密度的預期里程碑。近年來，光刻技術的發展主要歸功于多圖案技術。周期性三維圖案的光刻尺度對于推進可擴展的納米制造至關重要。當前最先進的四重圖案化或極紫外（EUV）光刻技術可產生低至30 nm左右的線距，通過復雜的后加工工藝，可以進一步擴展到20?nm以下，例如，高數值孔徑EUV或多模式EUV技術所取代，而這兩種技術尚待完善。通過將空間定位信息編碼到可設計的單鏈DNA（ssDNA）組件中，結構DNA納米技術，特別是DNA折紙和DNA磚，可以實現具有單納米特征分辨率的復雜設計器DNA納米結構的自組裝。此功能允許自組裝的DNA模板在緩沖介質中以超出光刻間距限制的空間分辨率對齊或原位合成無機納米結構。（1）有限的DNA模式尺寸。大多數DNA折紙結構都小于0.01 μm2。因此，先前基于DNA的光刻技術的探索通常依賴于二維DNA圖案作為掩模，而通過無機涂層還會犧牲了DNA掩模的空間分辨率。鑒于此，哈佛大學尹鵬等人展示了可擴展的3D納米光刻技術，該技術可直接在反應離子腐蝕（RIE）中使用3D DNA掩模，而無需任何輔助無機涂層（例如金屬或二氧化硅），實現將線距縮小至16.2nm的過程，比最新結果小了約50％。成果發表在Nature Materials上。
他們開發了一種DNA模塊化外延方法，以增加圖案復雜性并降低3D DNA圖案的結構缺陷。研究人員使用32個核苷酸的DNA積木設計了3D DNA掩模。DNA模塊化外延首先以一塊扁平的DNA磚晶體作為襯底，然后在襯底上以種子介導的方式生長3D-DNA模塊。組裝好的3D-DNA掩膜被Ni2+離子穩定，防止了DNA在Si襯底上風干后的特征崩塌。最后，利用Ni2+穩定的3D-DNA掩模，采用單次RIE直接生成超尺度Si圖形，蝕刻的Si圖案顯示出規定的多層網格幾何形狀。Si圖形的間距和臨界尺寸分別小到16.2和7.2 nm，比四重圖案或EUV光刻的當前值小約50%。使用DNA模塊外延組裝的DNA圖案作為光刻掩模，DNA納米光刻技術可以實現以下目的：（1）高精度間距尺度。DNA模塊化外延將3D DNA掩模的線間距尺度到16.2 nm，標準偏差低于1.0 nm。通過一步式RIE，Si圖案從3D DNA掩模繼承了如此低的標準偏差間距值。（2）高分辨率3D光刻。除了按比例縮小間距和CD之外，DNA模塊外延還可以精確控制多層3D DNA掩模的厚度，從而通過單個掩模和單次RIE在垂直CD上形成2 nm的多層Si納米結構。
通過設計種子生長途徑實驗性地實現DNA模塊化外延，并實現更復雜的ssDNA組件和圖案幾何形狀，以利于納米光刻。由DNA模塊外延引導的納米光刻的下一步將是與DNA掩模陣列進行晶圓級配準。晶圓級配準的一種有前途的方法是通過將預組裝的DNA掩模對準預先形成圖案的基板上。DNA模塊化外延引導的納米光刻技術將生物分子的自組裝和RIE制造聯系起來。除了硅之外，該光刻方法還可以應用于其他RIE襯底。另外，3D DNA掩模可用于化學氣相沉積，物理氣相沉積和原子層沉積。對于未來的超大規模3D制造，以DNA模塊化外延為指導的納米光刻技術可能會補充其他常規光刻工具，從而合理地成型各種基板。值得注意的是，尹鵬教授課題組近年來在Nature、Science、Cell上連續發表了關于DNA/RNA技術的多篇研究論文。
個人簡介
尹鵬是哈佛醫學院系統生物學系的教授。其實驗室使用合成的DNA/RNA來構建、操縱和可視化納米級結構。他們開發了一個通用框架來對DNA/RNA鏈進行編程，以自組裝成具有用戶指定的幾何形狀或動力學的結構。通過將這些納米結構與其他功能實體（例如熒光團，蛋白質，無機物，活細胞）介接，它們已將數字可編程性引入了各種應用領域。目前已在Nature、Science、Cell、Nature Nanotechnology、Nature Materials、Nature Biotechnology、Nature Chemistry等期刊發表多篇研究論文。
Shen, J., Sun, W., Liu, D. et al. Three-dimensional nanolithography guided by DNA modular epitaxy. Nat. Mater. (2021).https://doi.org/10.1038/s41563-021-00930-7
