Перспективные материалы для нанолитографии

СОДЕРЖАНИЕ
TOC \o "1-3" \h \z \u ВВЕДЕНИЕ PAGEREF _Toc80445290 \h 21. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАНОЛИТОГРАФИИ PAGEREF _Toc80445291 \h 51.1 Понятие нанолитографии и предложения, направленные на дальнейшее повышение разрешающей способности процесса нанолитографии PAGEREF _Toc80445292 \h 51.2 Этапы разработки нанолитографии PAGEREF _Toc80445293 \h 122. АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ НАНОЛИТОГРАФИИ PAGEREF _Toc80445294 \h 15ЗАКЛЮЧЕНИЕ PAGEREF _Toc80445295 \h 24СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ PAGEREF _Toc80445296 \h 26
ВВЕДЕНИЕАктуальность работы. Нанолитография - это развивающаяся область методов, связанных с разработкой наноразмерных структур в нанотехнологиях. На самом деле эта область основана на литографии и охватывает только гораздо более мелкие структуры. Все методы нанолитографии можно разделить на две категории: методы, которые оставляют желаемую структуру, и методы, которые записывают желаемую структуру непосредственно на поверхность (аналогично тому, как 3D-принтер создает структуру).
Появление области нанолитографии связано с необходимостью увеличения количества транзисторов в интегральных схемах для выполнения закона Мура. Хотя методы фотолитографии использовались с конца 18 века, они не применялись к наноразмерным структурам до середины 1950-х годов. С развитием полупроводниковой промышленности резко возрос спрос на технологии, позволяющие создавать микро - и наноразмерные структуры. Технология литографии была впервые применена к этим структурам в 1958 году, когда началась эра нанолитографии. С тех пор фотолитография стала наиболее коммерчески успешной технологией, способной создавать образцы размером менее 100 нм. Существует несколько методов, связанных с этой областью, каждый из которых используется для различных целей в медицинской и полупроводниковой промышленности. Прорывы в этой области внесли значительный вклад в развитие нанотехнологий и сегодня приобретают все большее значение в связи с возросшим спросом на все более мелкие компьютерные чипы. Дальнейшие области исследований включают ограничения физического поля, сбор энергии и фотонику.
Также данная область содержит определенные важные методы. Оптическая литография является одним из наиболее важных и широких методов в области нанолитографии. Оптическая литография содержит несколько важных производных методов, все из которых используют очень короткие длины волн света для изменения растворимости определенных молекул, в результате чего они вымываются в растворе, оставляя желаемую структуру.
Электронно-лучевая литография (EBL) или электронно-лучевая литография с прямой записью (EBDW) сканирует сфокусированный электронный луч на поверхности, покрытой электронно-чувствительной пленкой или резистором для рисования нестандартных форм.
Сканирующая зондовая литография (SPL) - это еще один набор методов, которые используют сканирующие зонды для формирования единого атомарного изображения на наноуровне либо путем травления нежелательных материалов, либо путем записи новых материалов непосредственно на подложку
Наноимпринтная литография (NIL) и ее варианты, такие как пошаговая и флэш-тисненая литография и лазерное тиснение (LADI), являются перспективными технологиями репликации на наноуровне, в которых рисунки создаются путем механической деформации сопротивления тиснению.
Объект работы – нанолитография.
Предмет – перспективные материалы для нанолитографии.
Цель работы – изучить, какие в настоящее время существуют перспективные материалы для нанолитографии. Исходя из цели работы, выделим ключевые задачи, которые предстоит решить:
1. Определить понятие нанолитографии и предложения, направленные на дальнейшее повышение разрешающей способности процесса нанолитографии;
2. Изучить этапы разработки нанолитографии;
3. Проанализировать перспективные материалы для нанолитографии.
При написании данной работы были использованы методы исследования:
1. Теоретические:
а) анализ для разделения темы на более мелкие части, чтобы лучше понять их (анализ научно-методической литературы и документальных и архивных материалов);
б) синтез для объединения ранее разрозненных понятий в одно целое.
2. Эмпирические:
а) наблюдение для описания поведения изучаемого объекта;
б) сравнение для выявления в объекте новых и важных свойств.
Теоретическая основа исходит из того, что в настоящее время имеется огромное количество ученых, изучающих данную проблематику: Авакянц Л. П. «Анализ нанолитографии», Бойцова О. В. «Синтез, структура и свойства тонкопленочных нанокомпозитов», Быстров Д. С. «Наноструктурное регулирование», Дубовский О. А. «Самоорганизация наноматериалов», Желонкин А.И. «Инфранизкочастотные преобразователи динамических процессов нанометрового уровня», Зырянов С. М. «Модификация нанопористых диэлектрических материалов в плазме и ее послесвечении», Иншаков О. В. «Государственная политика развития нанотехнологий: российский и зарубежный опыт» и т.д.
Структура. Курсовая работа включает введение, две главы, заключение и список литературы. Во введении раскрыты актуальность темы исследования, ее цель, задачи, предмет и объект, теоретическая и методологическая база. В первой главе исследованы теоретические аспекты нанолитографии. Во второй главе проведен анализ перспективных материалов для нанолитографии. В заключении обобщены основные выводы и предложения.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАНОЛИТОГРАФИИ1.1 Понятие нанолитографии и предложения, направленные на дальнейшее повышение разрешающей способности процесса нанолитографииТехнология нанолитографии - это техническая область нанотехнологий, включающая разработку наноразмерных структур. В переводе с греческого слово можно разделить на три части: нано, и графф. Сегодня этот термин расширен, чтобы охватить проектирование структур в диапазоне от 10-9 до 10-6 метров или структур в нанометровом диапазоне. На самом деле эта область является производной от литографии, которая охватывает только структуры гораздо меньших размеров. Все методы нанолитографии можно разделить на две категории: методы, которые оставляют желаемую структуру, и методы, которые записывают желаемую структуру непосредственно на поверхность (аналогично тому, как 3D-принтер создает структуру) [5, с. 162-187].
Появление области нанолитографии связано с необходимостью увеличения количества транзисторов в интегральных схемах для выполнения закона Мура. Хотя методы фотолитографии использовались с конца 18 века, они не применялись к наноразмерным структурам до середины 1950-х годов. С развитием полупроводниковой промышленности резко возрос спрос на технологии, позволяющие создавать микро - и наноразмерные структуры. Технология литографии впервые была применена к этим структурам в 1958 году, когда началась эра нанолитографии. С тех пор литография стала наиболее коммерчески успешной технологией, способной производить шаблоны с характеристиками менее 100 нм. Существует несколько методов, связанных с этой областью, каждый из которых используется для различных целей в медицинской и полупроводниковой промышленности. Прорывы в этой области внесли значительный вклад в развитие нанотехнологий и приобретают все большее значение сегодня, когда растет спрос на все более мелкие компьютерные чипы. Дальнейшие области исследований включают ограничения физического поля, сбор энергии и фотонику.
Рассмотрим существующие предложения и разработки, направленные на дальнейшее повышение разрешающей способности процесса нанолитографии [12, с. 142-164].
Оптическая литография является одним из наиболее важных и широких методов в области нанолитографии. Оптическая литография содержит несколько важных методов получения, все из которых используют очень короткие длины волн света для изменения растворимости определенных молекул, в результате чего они вымываются в растворе, оставляя желаемую структуру. Некоторые методы оптической литографии требуют использования погружения и различных методов для увеличения разрешения, таких как вид фазового сдвига (PSM) и коррекция эффекта близости. Некоторые из методов, включенных в эту коллекцию, используют многофотонную литографию, рентгеновскую литографию, нанолитографию взаимодействия света (LCM) и экстремальную ультрафиолетовую литографию (EUVL).
Электронно-лучевая литография (EBL) или электронно-лучевая литография с прямой записью (EBDW) использует сфокусированный электронный луч для сканирования поверхности, покрытой электронно-чувствительной пленкой или резистором (например, PMMA или HSQ) для рисования нестандартных 3D-форм. Изменяя сопротивление растворимости, а затем избирательно удаляя материал путем погружения в растворитель, достигается разрешение менее 10 нм. Эта форма литографии с прямой записью имеет высокое разрешение и низкую пропускную способность, что ограничивает использование одного ряда электронных пучков для изготовления фотошаблонов, мелкосерийного производства полупроводниковых приборов, а также исследований и разработок. Использование метода многоэлектронного пучка направлено на повышение производительности крупносерийного производства полупроводников.
EBL может быть использован для селективного нанопорошка белка на твердых подложках для сверхчувствительных датчиков [3, с. 44-67].
Электронно-лучевая литография. Этого можно достичь двумя способами: проекцией, используя несфокусированный луч для освещения всей подложки сразу, и наведением, используя хорошо сфокусированный луч. В первом случае требуется шаблонная маска (например, проекционная оптическая литография), но во втором случае она не требуется (пунктирная стрелка справа на рис. 1.1). Между тем, достигнутые к настоящему времени разрешения составляют около 32 и 10 нм соответственно. Однако, несмотря на более высокое разрешение, безмасковая литография имеет серьезный недостаток - низкую производительность, так как объект обрабатывается последовательно от точки к точке. Из-за этого его можно использовать только для изготовления высокоточных масок, а затем использовать повторно. Многие эффекты препятствуют дальнейшему увеличению разрешения: кулоновское отталкивание электронов в пучке, шум рассеянных частиц (результат рассеяния электронного потока, который становится очевидным при малых токах в пучках нанометрового диаметра), рассеяние электронов в резисторах и т.д. Это явление приводит к размытию сгенерированного изображения, т. е. к уменьшению разрешения.
Ионно-лучевая литография. В общем, он очень похож на электронный луч. Однако, поскольку эквивалентная длина волны намного меньше (для ионов гелия X=5 * 10,5 нм при ускоряющем напряжении U-0 кВ и для электронов X=410-3 нм при том же напряжении), это позволяет работать при гораздо меньшей апертуре. Также это дает возможность создавать изображение с большой глубиной резкости и одновременно экспонировать большую площадь (~1 см2) во время проекционной литографии, а также может уменьшить изображение в 3^1 раза. В то же время для проекционной печати требуются две взаимодополняющие маски для каждого изображения, которые должны располагаться с очень высокой точностью относительно друг друга (порядка нескольких нанометров). Ионно-лучевую литографию также можно проводить сфокусированным ионным пучком диаметром 5 мм... 10 нм. Чувствительность резистора к ионному пучку выше, чем у электронного пучка, а также имеется возможность работы непосредственно на поверхности кремния без нанесения резистора (путем прямого распыления подложки). К недостаткам ионно-лучевой литографии относится риск радиационного повреждения подложки. Эти и другие трудности делают ионную литографию менее развитой, чем электронную литографию [10, с. 23-64].
Рентгеновская литография. Это можно сделать с помощью пучка фотонов x < 1 нм. Одним из препятствий для быстрого крупномасштабного внедрения является необходимость использования мощного и весьма проблематичного источника излучения (например, синхротрона), а также первоначального изготовления высокоточных масок в соотношении 1:1. Последнее условие является результатом невозможности фокусировать рентгеновский луч таким же образом, как оптический, электронный или ионный пучок. В результате невозможно получить значительно уменьшенное изображение на кремниевой подложке (относительно масштаба матрицы шаблона) и, следовательно, добиться дополнительной миниатюризации.
Литография в твердом ультрафиолетовом излучении. В качестве такого источника предлагается использовать газоразрядную плазму. Основная проблема заключается в создании высокоточной, бездефектной маски и мощного источника ультрафиолетового излучения. При желаемой длине волны X~10 нм требуемая мощность излучения в диапазоне 5A составляет около 100 Вт ~ 0,25 нм.
Рассмотрим альтернативные (не лучевые) методы нанолитографии.
Микроконтактная печать. Этот метод очень похож на печать со свинцовой матрицы. Однако для этого требуется высокоточный шаблон для переноса изображения с матрицы на конкретный полимерный материал, покрытый золотом или серебром на подложке. До сих пор он имеет низкое разрешение (~100 м).
Метод зондирования может иметь очень высокое разрешение (10 нм), относительная простота реализации и необходимое оборудование. Однако эта производительность нанозаписи ограничена максимально допустимой скоростью бокового перемещения зонда (~100 мкм / сек), то есть около 103 элементов в секунду. Используя матрицу, содержащую 103-104 датчика, которые работают одновременно, можо значительно повысить производительность. Такая система разрабатывается некоторыми компаниями (особенно IBM) для последующего использования в устройствах с энергонезависимой памятью большой емкости. Планируется достичь плотности записи информации 1 ТВ / см2 (в виде наноточек на поверхности носителя), а ее надежное сохранение длится тысячи лет.
Сканирующая зондовая литография (SPL) - это еще один набор методов, которые используют сканирующие зонды для создания наноразмерных изображений отдельных атомов, что может быть сделано путем травления нежелательных материалов или прямой записи новых материалов на подложку. Некоторые важные методы в этой категории включают нанолитографию пером, термохимическую нанолитографию, зондовую литографию с тепловым сканированием и нанолитографию локального окисления [2, с. 32-41].
Наноимпринт. Этот метод считается наиболее перспективным методом в безлучевом методе нанолитографии. По своей идее это похоже на технологию производства виниловых пластинок в середине прошлого века. Это включает в себя вдавливание металлической матрицы в нагретую поверхность полимера. Существует несколько вариантов реализации этого процесса на наноуровне (см. рис. 1.1). Это может быть буквальное воспроизведение старых технологий на новый технологический уровень.
Наноимпринтная литография (NIL) и ее варианты, такие как пошаговая и флэш-тисненая литография и лазерное тиснение (LADI), являются перспективными технологиями репликации на наноуровне, в которых рисунки создаются путем механической деформации сопротивления тиснению. Обычно этот метод можно комбинировать с контактной печатью и холодной сваркой. Литография с использованием наноимпринта позволяет создавать шаблоны с точностью до 10 нм.

Рисунок 1.1 - Три варианта наноимпринтаВ крупномасштабном производстве (не в экспериментах и лабораториях) экономические факторы играют решающую роль в выборе конкретной технологии, особенно стоимость продукта и сложность оборудования, аксессуаров (таких как шаблон маски), его безопасность и надежность (см. табл. 1.1) [11, с. 98-112].
Таблица 1.1. содержит сравнение различных методов нанолитографии, которые используются внастоящее время в различных сферах жизнедеятельности.
Таблица 1.1 - Сравнение различных методов нанолитографииХарактеристика Технология
Промышленная Существующие Разрабатываемые
Оптическая (в промышленных масштабах) Электроннолучевая
(проекционная) Элек- тронно- лучевая (точечная) Ионнолучевая(точечная) Жесткий
ультрафиолет Зон
до
ваяНано
им
принтингРазрешение, нм100 50 20 30 30 10 10
Точность совмещения масок, нм20 10 2 3 3 1 100
Производительность,
элементы/с Ю10 Ю10 104 ю'-ю2 10" До 103 на 1
зонд ю12
Стоимость оборудования, дол. США ю7 107 106 106 5107 105 ю5
Таким образом, различных методов нанолитографии имеется огромное количество. Но для более подробного анализа стоит рассмотреть этапы разработки нанолитографии [8, с. 12-35].
1.2 Этапы разработки нанолитографииКлючевой этап производства двухслойной литографии считается основным этапом перед фактическим созданием схемы на поверхности кремниевой пластины. Слово «литография» первоначально означало метод печати рисунков: сначала необходимо нанести рисунок на плоскую поверхность камня, а затем использовать его на другом материале, чтобы сделать отпечаток. Во второй половине двадцатого века также этот процесс стали называть - передача схемных чертежей в производстве микроэлектроники. Его смысл и основное назначение - перенести схему устройства на кремниевую (в большинстве случаев) подложку. После этого с помощью различных физических и химических средств постепенно формируются необходимые структуры и их соединения. Обычно требуются десятки операций, и в результате получается готовая интегральная схема или микроэлектромеханическая система (МЭМС) [18, с. 184-197].
Современная промышленная микро - и нанолитография в основном использует оптические методы для переноса изображений с шаблона на поверхность подложки, поэтому процесс часто называют литографией (см. рис. 1.2). Важной частью процесса является изготовление фотошаблона с необходимым рисунком и нанесение его на поверхность.

Рисунок 1.2 - Оптическая нанолитография кремниевых пластин резистора фоточувствительных слоев
С помощью ультрафиолетовых лучей, рентгеновских лучей или других источников электромагнитного излучения резист подвергается воздействию через фотошаблоны. Последний может располагаться на поверхности резистора (контактное уплотнение) или располагаться на определенном расстоянии от него (проекционная печать). Во втором случае оптическая система используется для проецирования изображения фотошаблона на поверхность резистора, уменьшая его в несколько раз. В то же время размер всех компонентов на фотошаблоне может быть в 4-5 раз больше размера на изготовленном чипе, а требования к точности изготовления шаблона могут быть значительно снижены. Затем фоторезист обрабатывают селективным химическим травителем. Открытая область резистора вытравливается несколько раз с другой скоростью, чем незащищенная область (если она имеет более высокую скорость, получается положительное изображение шаблона, а если она имеет меньшую скорость, получается отрицательное изображение). При длительном времени травления рисунок начинает вытравливаться на подложке. В связи с этим становится понятно, почему пленка, нанесенная на поверхность подложки, называется резистором [16, с. 112-134].
Схема оптической литографии на рисунке 1.1 значительно упрощена. Реальный процесс состоит из большего количества этапов (операция нанесения и фиксации резисторов на поверхности оксида кремния, тщательное позиционирование шаблона, различные виды обработки резистора и оксидного слоя после воздействия света и т. д.). Но они не имеют принципиального значения для обсуждения, поскольку не будут ограничивать дальнейшее уменьшение размера изображения производственного чипа.
Физический предел миниатюризации до десятков нанометров определяется с помощью оптического (наиболее удобного и освоенного) метода литографии (даже в случае воздействия резистора с коротковолновым ультрафиолетовым источником). Для дальнейшего улучшения разрешения необходимо использовать более жесткое излучение (рентгеновские лучи, электроны, ионы) или перейти на альтернативные технологии.
Общими задачами для разработки альтернатив нанолитографии являются [15, с. 15-42]:
1. Высокая производительность;
2. Высокая точность настройки и комбинирования шаблонов для каждого слоя созданной многослойной структуры;
3. Мощный источник излучения, монохромный, стабильный во времени;
4. Каждое отдельное изображение должно иметь свой собственный вид, и при передаче оно должно пропускать свет без искажений, а в области поглощения излучения его не должно быть слишком много;
5. Необходимо использовать резисторы с высокой чувствительностью для обеспечения более низкой экспозиции во время облучения и контрастностью для высокого разрешения.
Поскольку производство микроэлектроники является одной из самых высоких научно-технических и капиталоемких отраслей промышленности, экономические проблемы всегда стоят очень остро, фактически, когда выбор технологии является решающим. Система литографии стоит десятки миллионов долларов, и ее стоимость составляет примерно половину стоимости всего предприятия, и она имеет тенденцию расти. То есть, затраты на литографию в производстве микроэлектроники превышают любые другие затраты.
2. АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ НАНОЛИТОГРАФИИНаноимпринтная литография все чаще используется в области быстрого прототипирования и производства микроэлектронных изделий. Этот процесс характеризуется чрезвычайно высокой простотой и высочайшим топологическим разрешением (единицы и десятки нанометров). Резистор, используемый для нанолитографии с тиснением, должен сильно отличаться от резистора, используемого для классической нанолитографии. Они должны образовывать относительно тонкое покрытие на поверхности пластины, высокую адгезию к материалу подложки и низкую адгезию к оттискному материалу [7, с. 7-15].
В качесьве перспективных материалов в настоящее время выделяют: фоторезисты, электронные резисторы, проявители, травители, диэлектрики и другие виды нанолитографических материалов. В список предлагаемых продуктов входят такие производители, как Microchem, Microresist Technology, Dow Chemical, Dow Corning, Allresist GmbH и AZ Electronic Materials.
Линии поставок данных материалов для производства фоторезистов и других кристаллических материалов подходят для научных и промышленных предприятий в Российской Федерации и странах Таможенного союза, которые успешно освоили или осваивают процесс изготовления полупроводниковых приборов на основе различных технических процессов.Наиболее важным фактором успеха является использование фоторезистов и реагентов, совместимых и подходящих для используемого процесса (см. рис. 2.1).
Таблица 2.1 - Основные характеристики перспективных материалов для наноимпринтной литографии
Резист Толщина, нмТип материала Температура стеклования TgТемпература печати Температура освобождения
Microresist Technology mr-I 7000R100; 200; 300 Термопласт 55 120-140 30-50
Microresist Technology mr-I 8000R100; 200; 300 Термопласт 105 150-180 80-100
Microresist Technology mr-I T-85300; 1000; 5000 Термопласт 85 130-150 60-80
Microresist Technology SIPOL60; 100; 200 Термопласт 63 120 30-50
Microresist Technology mr-I 9000M100; 200; 300; 500; 1000 Термоотверждаемый полимер 35 90-140 90-140
Microresist Technology mr- UVCur06240 УФ-отверждаемый мономер - 20 20
Нанолитография со сканирующим датчиком является одной из наиболее перспективных альтернатив для формирования наноструктур. В настоящее время размер мельчайших компонентов в интегральных схемах составляет десятки нанометров. Благодаря развитию методов глубокой ультрафиолетовой электронной и оптической нанолитографии эта небольшая структура может быть создана. Из-за своей очень низкой производительности электронная нанолитография используется для изготовления фотошаблонов, а для группового производства микрочипов-оптическая нанолитография на основе ранее созданных шаблонов. При проектировании топологий микрочипов для глубокой нанолитографии необходимо использовать сложные методы оптической коррекции (коррекция близости, сдвиг фазы передаваемых волн). Поэтому шаблоны фотографий становятся дорогими и сложными [17, с. 82-94].
С совершенствованием оборудования также разрабатываются новые материалы, а также совершенствуется метод реализации процесса. Кроме того, на фото материал thermal zero в настоящее время доступен для продажи. Рассмотрим материал из микрорезистивной технологии (см. табл. 2.2).
Таблица 2.2 - Материалы, полученные по технологии микрорезистивности для термической наноимпринтной литографии
Резист Толщина слоя, нмТемпература стеклования Tg, °C Температура печати Давление печати, бар Температура отделения штампа
mr-I 7000R 100-300 55 120-140 20-40 30-50
mr-I 8000R 100-300 105 150-180 20-40 80-100
mr-I 9000M 100-1000 35 90-140 20-40 90-140
mr-I T-85 300-5000 85 130-150 5-20 60-80
SIPOL 60-200 63 120 30-50
Материалы Mr-I7000, 8000 и 9000 являются универсальными резисторами для тиснения. Они обладают высокой текучестью, превышающей температуру стеклования, что позволяет им быстро диффундировать по области печати и образовывать тонкий остаточный слой, который легко удалить в кислородной плазме. Кроме того, эти материалы обладают высокой устойчивостью к фторированию и хлорсодержащей плазме, что позволяет осуществлять процесс дальнейшего формирования наноструктур (травление Si, GaAs, Al2O3 и др.). Резисторы Mr-I7000 и 8000 содержат специальные фторсодержащие добавки, которые значительно снижают усилие штамповки и предотвращают склеивание.
Резисторы серии Mr-I T-85 предназначены для постоянных слоев в микрожидкостных и микрооптических устройствах. Этот материал становится устойчивым к воздействию кислот и органических растворителей после печати [6, с. 100-117].
SIPOL resist предназначен для применений, требующих высокой стабильности при плазменном травлении, например, для формирования рельефа на сапфировой пластине (структура сапфира с рисунком-PSS) перед эпитаксией светодиодного слоя высокой яркости.
Процесс оптической нанолитографии с использованием полимерного УФ-отверждения отличается от вышеупомянутого процесса тем, что в нем нет процесса нагрева и охлаждения, а также специального печатного оборудования. Здесь вместо нагрева печатного станка используется печатный станок с источником ультрафиолетового излучения и прозрачной печатью. Сила вдавливания при УФ-нулевом тиснении намного ниже, чем сила вдавливания при горячем тиснении. Для проведения этого процесса можно использовать обычную контактную нанолитографическую машину, установленную в режиме жесткого контакта маски и подложки, оснащенную специальным оборудованием. В этом случае при наличии высококачественных уплотнений и калиброванных ультрафиолетовых ламп автоматически выполняются все требования по использованию давления и равномерности освещения (см. табл. 2.3).
Таблица 2.3 - Материалы, полученные по технологии микростойкости для оптической нанолитографииРезист Толщина, нмДавление при печати, бар Длина волны экспонирования, нмДоза экспонирования, мДж/см2
mr-NIL210 100-500 >0,1 320-420 1000
mr-UVCur21 100-1600 >0,1 320-420 ?
mr-XNIL26 100-4800 0,1-10 320-420 >220
mr-UVCur26SF >0,1 320-420 >500
Резистор Mr-NIL210 предназначен для решения проблемы, требующей высокоомного плазменного травления. При травлении сапфира по сравнению с фоторезистом микродепозиции SPR9558, обычно используемым для этой цели, наблюдается более низкая скорость травления.
Резист Mr-UVCur26SF не содержит растворителей и обладает низкой вязкостью (15 МПа*с), что позволяет наносить его на подложку различными методами: центрифугированием, количественной или струйной печатью. Этот материал был разработан для NIL на подложках большого размера.
Долгое время единственным способом получения низкоразмерных структур в больших масштабах была оптическая нанолитография. Однако, поскольку размер этих структур уменьшается до десятков нанометров, оборудование для нанолитографии становится очень сложным и, следовательно, дорогим. Наноимпринт стал одним из альтернативных методов оптической нанолитографии [1, с. 15-47].
Электронно-лучевая нанолитография. При создании передовых интегральных микросхем, при научно-исследовательских разработках в области микро- и наноэлектроники основную роль играет электронная нанолитография. Начиная с 1970-х годов прошлого столетия, для электронной нанолитографии широко применяются резисты на основе полиметилметакрилата (ПММА). В тех случаях, когда этот материал не удовлетворяет каким-либо специфическим требованиям к процессам, используются другие решения. В настоящий момент основными компонентами для создания альтернативных резистов являются α-хлорметакрилат с α-метилстиролом (например, ZEP 520A и AR-P 6200), водородный силсесквиоксан (HSQ — XR 1541), каликcарены, фуллерены и некоторые другие.
Для сравнения разрешения различных резистов можно обратиться к двум источникам: официальным описаниям от самих производителей материалов и литературе. В таблице 2.4 приведены данные для электронных резистов. Все упомянутые резисты имеют разрешение около 10 нм (при разных условиях экспонирования и проявления) [4, с. 84-97].
Таблица 2.4 - Разрешение электронных резистов от разных производителей
Резист Производитель Разрешение, нмСогласно спецификации Согласно литературе
PMMA Microchem, Allresist<100 <10
ZEP 520 Zeon Chemicals<50 ≈10
XR 1541 Dow Corning6 ≈10
AR-P 6200 Allresist<50 <10
При травлении хлорной плазмой его селективность на порядок выше, чем у других рассматриваемых материалов. Однако XR 1541 обладает наихудшей селективностью в плазме CHF3/Ar, используемой для травления SiO2. Такое поведение связано с его структурой: он образует плёнку, по своим свойствам близкую к SiO2. Также видно, что практически во всех случаях ZEP 520A и AR-P 6200 имеют сходную селективность, превышающую таковую у ПММА. Кроме того, последний подвергается существенной эрозии при травлении в плазме HBr. Точно также он ведёт себя и при травлении в SF6/C4F8 [5, с. 162-187].
Быстрое снятие в органических растворителях необходимо для успешного удаления материала, осаждённого поверх резиста. PMMA, ZEP 520A и AR-P 6200 существенно не изменяют свою химическую структуру при нанолитографии и в процессах напыления. Это позволяет им легко растворяться в таких веществах, как N-метилпирролидон и диметилсульфоксид (ДМСО), которые являются наиболее распространёнными реагентами для взрывной нанолитографии. Напротив, XR 1541 после экспонирования образует плёнку, подобную SiO2, что не позволяет удалить его в органических растворителях.
При выборе резистов для конкретной задачи необходимо последовательно ответить на ряд вопросов:
Какова минимальная топологическая норма?
Какая производительность требуется от участка экспонирования?
Какие операции будут проводиться после проявления (ПХТ, взрывная нанолитография)?
Если требуется создавать топологические элементы шириной около 10 нм, то подойдёт любой резист из рассматриваемых.
Второй вопрос тесно связан с производительностью. Если требуется высокая производительность, то наиболее подходящими резистами будут PMMA, AR-P 6200, ZEP 520A.
Ответ на третий вопрос можно получить с помощью блок-схемы, приведённой на рисунке 2.1. Как видно из схемы, при некоторых параметрах возможен выбор нескольких резистов. В этом случае выбор полностью зависит от потребителя, поскольку рассмотренные материалы являются эквивалентными.

Рисунок 2.1 - Блок-схема региста в зависимости от технологического процесса
Таким образом, нанолитографические характеристики резистов не являются исчерпывающими при выборе материала для электронной литографии. Абсолютно все рассматриваемые резисты позволяют достигнуть одинакового разрешения при сравнимых уровнях контрастности. Большинство из них также имеет чувствительность одного порядка. При выборе резиста определяющими являются требования к технологическому процессу, т.е. используемые методы формирования структур.
ЗАКЛЮЧЕНИЕПрорывы в этой области внесли значительный вклад в развитие нанотехнологий и сегодня приобретают все большее значение в связи с возросшим спросом на все более мелкие компьютерные чипы. Дальнейшие области исследований включают ограничения физического поля, сбор энергии и фотонику. Также данная область содержит определенные важные методы. Оптическая литография является одним из наиболее важных и широких методов в области нанолитографии. Оптическая литография содержит несколько важных производных методов, все из которых используют очень короткие длины волн света для изменения растворимости определенных молекул, в результате чего они вымываются в растворе, оставляя желаемую структуру.
Электронно-лучевая литография (EBL) или электронно-лучевая литография с прямой записью (EBDW) сканирует сфокусированный электронный луч на поверхности, покрытой электронно-чувствительной пленкой или резистором для рисования нестандартных форм. EBL может быть использован для селективного нанопорошка белка на твердых подложках, предназначенного для достижения повышенной чувствительности зондирования.
Сканирующая зондовая литография (SPL) - это еще один набор методов, которые используют сканирующие зонды для формирования единого атомарного изображения на наноуровне либо путем травления нежелательных материалов, либо путем записи новых материалов непосредственно на подложку
Наноимпринтная литография (NIL) и ее варианты, такие как пошаговая и флэш-тисненая литография и лазерное тиснение (LADI), являются перспективными технологиями репликации на наноуровне, в которых рисунки создаются путем механической деформации сопротивления тиснению.
Помимо совновных методов существуют и второстепенные. Литография заряженных частиц включает литографию с ионными и электронными проекциями. Ионно-лучевая литография использует сфокусированные или широкие пучки высокоэнергетических легких ионов (таких как OH) для переноса изображения на поверхность.
Магнитолитография (МЛ) основана на наложении магнитного поля на подложку с использованием парамагнитной металлической маски. Магнитная маска является аналогом фотошаблона, который определяет пространственное распределение и форму приложенного магнитного поля.
Литография наносферы использует самосборный монослой сферы (обычно изготовленный из полистирола) в качестве испарительной маски. Этот метод используется для создания массива нанопотоков золота с точно контролируемым расстоянием.
Литография с нейтральными частицами (NPL) использует широкий пучок высокоэнергетических нейтральных частиц для передачи изображения.
Плазменная литография использует возбуждение поверхностной плазмы для создания изображения, превышающего дифракционный предел, с использованием характеристик содержания поля в субволновой области поляризатора поверхностной плазмы.
Экранная литография - это параллельный метод создания узоров в наноразмерном масштабе без резистора с использованием наноразмерных отверстий в качестве теневой маски.
Квантово-оптическая литография (QOL) - это недифракционный метод, который позволяет оптическим устройствам, использующим красный лазерный диод (λ=650 нм), записывать с разрешением 1 нм.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ1. Авакянц, Л. П. Анализ нанолитографии / Л.А. Авакянц. - Москва, 2019. - 138 с.
2. Бойцова, О. В. Синтез, структура и свойства тонкопленочных нанокомпозитов / О.В. Бойцова. - М., 2018. - 495 с.
3. Быстров, Д. С. Наноструктурное регулирование / Д.С. Быстров. - СПб., 2019. - 419 с.
4. Дубовский, О. А. Самоорганизация наноматериалов / О.А. Дубовский. – М., 2018. – 498 с.
5. Желонкин, А.И. Инфранизкочастотные преобразователи динамических процессов нанометрового уровня / А.И. Желонкин. - М.: Компания Спутник+, 2018. - 116 с.
6. Зырянов, С. М. Модификация нанопористых диэлектрических материалов в плазме и ее послесвечении / С.М. Зырянов. - М., 2019. - 23 с.
7. Иншаков, О. В. Государственная политика развития нанотехнологий: российский и зарубежный опыт / О.В. Иншаков. – М., 2019. - 44 с.
8. Кумзеров, Ю. А. Физика регулярных матричных композитов и слоистых систем с наноструктурированными неорганическими и органическими веществами / Ю.А. Кумзеров. – М., 2019. - 287 с.
9. Литвинов, С. Д. Наноразмерный композитный / С.Д. Литвинов. – М.: Книга, 2018. - 249 с.
10. Мерданов, М. К. Особенности взаимодействия электромагнитного излучения СВЧ-диапазона с фотонными структурами, включающими нанометровые слои / М.К. Мерданов. - Саратов, 2019. - 96 с.
11. Мильто, И. В. Влияние наноразмерных частиц / И.В. Мильто. – М., 2017. - 23 с.
12. Мяконьких, А. В. Мониторинг плазмохимических процессов формирования микро- и наноструктур методами зондовой диагностики / А.В. Мяконьких. - М., 2019. - 784 с.
13. Назарова, А. А. Влияние нанолитографии / А.А. назарова. - Рязань, 2019. - 315 с.
14. Ненахов, Г.С. Нанотехнологии: существующие методы классифицирования и поиска патентных документов / Г.С. Ненахов. - М.: Патент, 2019. - 215 с.
15. Николенко, Д. Ю. Исследование процессов коллоидного синтеза наночастиц галогенидов серебра и халькогенидов кадмия различной структуры и состава / Д.Ю. Николенко. - Черноголовка, 2019. - 129 с.
16. Пантюшин, И. В. Твердотельный синтез поверхностно-наноструктурированных металлов (Ni, Cu, Al) через стадию адсорбционного модифицирования / И.В. Пантюшин. - СПб., 2019. - 320 с.
17. Полмеар, Я. Легкие сплавы: от традиционных до нанокристаллов / Я. Полмеар. - М.: Техносфера, 2018. - 463 с.
18. Прокофьева, Е. В. Однослойные углеродные нанотрубки и некоторые композиты на их основе / Е.В. Прокофьева. - Волгоград, 2017. - 117 с.
19. Рыбка, Д. В. Интенсивное спонтанное излучение ВУФ и УФ диапазонов в наносекундных и микросекундных сильноточных разрядах при высоких давлениях Д.В. Рыбка. - Томск, 2018. - 316 с.
20. Садовников, С.И. Синтез, структура и свойства нанокристаллического сульфида свинца PbS / С.И. Садовников. - Екатеринбург, 2018. - 226 с.