Технологии нанообработки_3. Григорьев С. Н., Грибков А. А., Алёшин С. В. Технологии нанообработки
 Скачать 8.65 Mb.
|
9.4.НанолитографияНанолитография (литография наноразмерного рисунка или рисунка с наноразмерной погрешностью) имеет следующие основные типы:
Для генерации рисунка на подложке посредством лучевой нанолитографии имеются два основных пути: одновременное экспонирование всего изображения целиком (проекционная литография) и последовательное экспонирование острофокусным лучом (сканирование) отдельных участков подложки от точки к точке (сканирующая литография). Для нанолитографии (литографии с наноразмерным рисунком или рисунком с наноразмерной погрешностью) применима как проекционная, так и сканирующая литография. Для проекционной литографии используется практические все методы лучевой литографии, для сканирующей литографии наиболее часто используют электронно-лучевые методы. Наиболее часто в нанолитографии используется лучевой способ переноса рисунка с шаблона на поверхность подложки (рис. Error: Reference source not found). Изготавливается шаблон с необходимым рисунком. Затем на поверхность пластины наносится фоточувствительный слой — резист. С помощью ультрафиолетового, рентгеновского или др. источника резист экспонируется через фотошаблон. Фотошаблон может лежать на поверхности резиста (контактная печать) или находиться на расстоянии от него. Во втором случае изображение фотошаблона проецируется на поверхность резиста с уменьшением в несколько раз с помощью оптической системы (проекционная печать). Размеры всех элементов на фотошаблоне могут быть в 4–5 раз больше чем на изготавливаемой микросхеме.  Далее на фоторезист действуют селективным химическим травителем. Проэкспонированные участки резиста стравливаются со скоростью, во много раз отличающейся от неэкспонированной (если с большей — то получается позитивное изображение шаблона, если с меньшей — то негативное). При длительном травлении рисунок начинает вытравливаться и на подложке. Для нанолитографии с разрешением менее 100 нм необходим переход к жесткому излучению. Наиболее перспективным в настоящее время представляется использование жесткого ультрафиолета (EUV, вакуумная литография). Однако ввиду постоянных отсрочек появления коммерческих аппаратов для EUV-литографии, предпочтительным становится использование комплексных методов получения изображения, например двойного экспонирования. В основе литографии с двойным экспонированием и двойным шаблоном (double exposure and double patterning, DE/DP) лежит вытравливание одного слоя фоторезиста с помощью последовательного применения двух фотомасок, формирующих смежные элементы. Эта технология может быть использована для 32-нм технологического процесса. Существенное повышение точности наносимого рисунка удается достичь в случае использования иммерсионной литографии. В иммерсионной литографии между оптическими линзами и экспонируемой пластиной помещают слой жидкости, приводящей к увеличению числовой апертуры линз с 1 до 1,5. Использование этого метода позволит создавать с помощью 193-нм лазеров рисунки размером до 45 нм. Рентгеновская нанолитография. Осуществляется с помощью пучка фотонов с длиной волны около 1 нм. Ввиду невозможности сфокусировать рентгеновский пучок аналогично оптическому приходиться создавать маски в масштабе 1:1. Кроме того, приходится использовать громоздкий и мощный рентгеновский источник. Электронно-лучевая нанолитография. Осуществляется проекционным методом, при котором используется расфокусированный пучок, облучающий всю подложку сразу, либо точечным методом посредством хорошо сфокусированного (магнитным полем) пучка. В первом случае необходимо использовать маску-шаблон. Разрешение обычно составляет порядка 50 нм и 20 нм, соответственно. Главным недостатком точечного метода является крайне низкая производительность, достоинством — возможность повышения разрешения до 10 нм и менее. При проекционной электронно-лучевой литографии используется широкий расфокусированный пучок электронов с диаметром большим диаметра подложки и П-образным распределением плотности тока по сечению пучка. В качестве оригиналов, с которых снимается изображение, используют электроношаблоны или эмиссионные катоды. Использование электроношаблонов аналогично использованию рентгеношаблонов в рентгеновской литографии. В качестве шаблонов наиболее часто используют кремниевые мембраны толщиной 3..6 мкм. Другим направлением проекционной электронно-лучевой литографии связано с использованием эмиссионных катодов. Наиболее перспективными являются фотокатоды, представляющие собой прозрачную для УФ-излучения пластину, на которую нанесен слой фотоэмиттера (например, палладий) и создан соответствующий рисунок. При облучении фотокатода УФ-излучением с тыльной стороны палладий эмитирует электроны с энергией в несколько электрон-вольт. Приложенное электрическое поле ускоряет их до необходимых значений, а электронно-оптическая система формирует на подложке соответствующий рисунок. Для непосредственного создания рисунка на шаблоне или подложке используются специальные программно-управляемые сканирующие системы, задающие перемещение остросфокусированного пучка электронов по поверхности подложки, управляет электронно-оптической системой формирования и настройки луча и обеспечивает прецизионное совмещение фрагментов изображения. Перемещение сфокусированного пучка осуществляется либо растровым, либо векторным способом. В первом случае осуществляется полная развертка луча по плоскости с тушением в необходимых местах. При векторном способе луч передвигается только в пределах экспонируемых участков, перескакивая с одного на другой. Точность отклоняющей системы при векторном способе снижается и возникает необходимость в дополнительной коррекции положения пучка.  Формирование электронного пучка осуществляется посредством электронно-оптической системы (рис. Error: Reference source not found, [82]). Для создания электронного потока используются либо термоэмиссионные, либо автоэмиссионные катоды. Термоэмиссионные катоды представляют собой либо V-образную вольфрамовую проволочку 1, нагреваемую протекающим через нее электрическим током до температуры, обеспечивающей термоэмиссию электронов, либо остро заточенный стержень из специального материала (гексаборида лантана), каким-либо способом нагреваемый до температуры эмиссии. Автоэмиссионные катоды представляют собой металлический монокристалл, выполненный в виде заостренного цилиндра, с поверхности острия которого при приложении электрического поля осуществляется эмиссия электронов. Формируемый электронный пучок может иметь различную форму. Самая простая — круглый с гауссовским распределением плотности тока по сечению. При перемещении пучка от точки к точке необходимо учитывать коэффициент заполнения, поэтому стараются использовать либо квадратные пучки с П-образным распределением плотности тока по сечению пучка, либо прыгающие пучки с изменяемой геометрией. В систему катодного узла входит также управляющий электрод 2, называемый венельтом, который служит для формирования прикатодного облака электронов. Между катодом и анодом 7 прикладывается ускоряющее напряжение, с помощью которого электронный поток приобретает необходимую энергию, Ограничивающая диафрагма 3 формирует электронный луч требуемой формы (круглый или квадратный), уменьшающая линза 4 создает его уменьшенное изображение, гасящие электроды 5 осуществляют выключение электронного пучка в необходимый момент времени. Уменьшающая линза 6 и диафрагма анода 7 создают окончательное изображение луча. Проекционная линза 8 и электронно-лучевая отклоняющая система (ЭОС) 9 осуществляют развертку электронного луча по поверхности подложки 10. В качестве практической реализации системы электронно-лучевой нанолитографии можно привести установку точечной ультрапрецизионной лучевой нанолитографии RAITH150-TWO компании Raith GmbH (Германия, США, Гонконг). Размер лучевого пятна составляет около 2 нм, нестабильность положения луча — не более 200 нм за 8 часов, нестабильность тока пучка ≤0,5% за 8 часов, минимальный размер элемента детали <10 нм. Разрешение оптической системы лазерной интерферометрии — 1 нм. Ионно-лучевая нанолитография. Подобна электронно-лучевой, однако благодаря меньшей длине волны для ионов по сравнению с электронами, можно достичь большей резкости изображения и использовать большее увеличение при проекционном способе. В результате существенно повышается производительность. Разрешение — менее 5 нм [Error: Reference source not found]. Примером системы ионно-лучевой нанолитографии является установка ionLiNE компании Raith GmbH (рис. 9 .111). Разрешение установки составляет (XYZ) 1×1×2,5 нм, минимальный размер элемента — около 10 нм.  Рисунок 9.111 Установка ионно-лучевой нанолитографии ionLiNE Микроконтактная печать. Метод похож на типографскую печать со свинцовых матриц. Требует высокоточных шаблонов, специфических полимерных материалов для перенесения рисунка с матрицы на подложку. Разрешение около 100 нм [Error: Reference source not found]. Наноимпринтинг. По своей идее метод напоминает производство грампластинок в середине прошлого века. Метод заключается во вдавливании металлической матрицы в разогретую поверхность полимера. Разрешение около 10 нм [Error: Reference source not found]. Наиболее перспективной технологией наноимпринга является наноимпринтлитография с пошаговой штамповкой в жидкий мономер и последующим его отверждением (полимеризацией) ультрафиолетовым (УФ) излучением (Step and flash imprint lithography (S-FIL)) [83]. Примером технологического оборудования для наноимпринтинга являются системы S-FIL наноимпринтлитографии фирмы Molecular Imprints Inc. (табл. 9 .16). Таблица 9.16 Системы S-FIL наноимпринтлитографии серии IMPRIO фирмs Molecular Imprints Inc.
* – лимитируется разрешением электронно-лучевой литографии |