Возможности пучковых методов нанолитографии в наноэлектронике

Современная литография имеет возможность непрерывно уменьшать приборы в поперечных размерах, что непосредственно ведет в область нанометровых размеров. Важной характеристикой любого литографического оборудования является его производительность, которая лимитирована интенсивностью источника излучения и чувствительностью резиста. Кроме того, ключом к высокопроизводительной литографии являются высококачественные стойкие шаблоны, которые способны выдерживать термические и механические напряжения.

Оптическая литография превзошла ранее предсказанные пределы по разрешающей способности за счет усовершенствования линз с более высокой числовой апертурой и использования более короткой длины волны для экспонирования фоторезиста. Для изготовления наноприборов может быть использована смешанная схема (mix-and-match) эксплуатации литографического оборудования, при которой критические участки топологии «прорисовываются» электронно-лучевой или рентгеновской литографией, а некритические — оптической литографией.

Электронно-лучевая литография является ключевой для формирования шаблонов в других методах литографии. Однако проблема высокой производительности электронно-лучевой литографии еще не решена. Даже по смешанной литографической схеме системы с гауссовым лучом неспособны прорисовывать 10^й или более пикселей, необходимых для чипов приемлемого уровня сложности за разумное время.

Альтернативный метод, который вызвал недавно интерес, — электронно-лучевая проекционная литография. Предложенные проекционные системы используют четырехкратное оптическое уменьшение с маской из материала, поглощающего электроны, на подложке, прозрачной для электронов, или на подложке, отражающей электроны. Такие электронно-оптические системы могут давать изображение до -10¹⁰ пикселей на экспонируемом поле с разрешением около 50 нм, ограниченным кулоновским взаимодействием и геометрической аберрацией.

Проблема в осуществлении техники рентгеновской литографии лежит главным образом в изготовлении маски.

Недавно появился другой вид рентгеновской литографии, исследуемый для применений в области менее 100 нм, который известен как литография с крайним ультрафиолетом (EUV). Этот метод использует отражательную оптику на длине волны 13 нм с четырехкратным уменьшением изображения. Ключевыми проблемами в этой технологии являются источник излучения, многослойная тонкопленочная зеркальная оптика и изготовление маски.

Среди других методов литографии следует отметить метод наноимпритинга, лазерную интерференционную литографию.

Наноимпритинг в комбинации с интерференционной литографией является эффективным методом создания периодических наноструктур. Этим методом удается создать одномерные решетки, массивы наноструктур с треугольной или квадратной симметрией. На рис. 4.24 представлена схема получения решеток и массивов наноструктур в процессе интерференционного взаимодействия лазерных лучей.

Период одномерных решеток определяется из соотношения.

где А* — период решетки; А — длина волны лазерного излучения; 0 — угол (рис. 4.24, а).

а — два луча и одномерные решетки; б — три луча и структуры с треугольной симметрией; в — четыре луча и структуры с квадратной симметрией При взаимодействии трех лучей период треугольной решетки определяется выражением (рис. 4.24, б)

Квадратная решетка может быть сформирована в результате взаимодействия четырех лазерных лучей (рис. 2.24, в):

Анализ развитых методов литографии показывает, что создание дискретных наноэлементов пока что сдерживается нерешенными техническими и технологическими проблемами литографии.

Среди них можно отметить следующие:

• • обеспечение точности совмещения;
• • поддержание необходимых зазоров;
• • разработка материалов резистивных масок;
• • исключение микровключеиий в материалах;
• • разработка модели коллективных свойств массива наноструктур.

В связи с этим определенный интерес представляют разработки непучковых, альтернативных методов литографии.

4.3.7. Нанопечатная литография Метод нанопечатной литографии состоит в формировании изображения путем физической деформации резиста прессформой (шаблоном), несущей изображение наноструктуры. При этом не происходит модификации химической структуры резиста облучением, как в обычной литографии. Такой резист — это покрытие, достаточно мягкое для того, чтобы можно было нанести на него отпечаток более твердым штампом. Схема процесса изображена на рис. 4.25.

Трафарет с изображением наноструктуры вдавливается в тонкий слой резиста, покрывающего подложку (рис. 4.25, а), создавая контрастное изображение на слое. После того как трафарет убран (рис. 4.25, б), для удаления слоя резиста в сжатых областях (участки резиста малой толщины) используется анизотропное реактивное ионное травление (рис. 4.25, в). Таким образом, осуществляется перенос изображения с прессформы па резист. Им является термопластичный полимер, размягчающийся при.

нагревании. Для размягчения его обычно нагревают выше температуры стеклования в процессе формирования изображения, облегчая точное воспроизведение шаблона. Трафаретом может быть штамп, изготовленный из металла, диэлектрика или полупроводника методом высокоточной литографии.

Метод нанопечатной литографии свободен от многих проблем, присущих стандартным методам литографии и связанных с диффузионным пределом, рассеянием излучения и химическими процессами. Этим методом можно недорого и с высоким выходом получать структуры размером менее К) нм на больших площадях, что недоступно для всех существующих методов литографии. Этим методом была получена периодическая структура в полиметилметакрилате в виде сетки отверстий диаметром 10 нм, периодом 40 нм и глубиной 60 нм.

Нанопечатная литография представляет собой новый высокоэффективный подход к производству дешевой нанолитографической продукции с высокой скоростью, поскольку не требует использования сложного облучающего оборудования. С методом нанопечатной литографии, возможно, будет связано развитие не только технологии создания наноструктур и интегральных схем, но и целых научных направлений (биология, химия, медицина, материаловедение и др.).