Нанолитография - Nanolithography
| Часть цикла статей о |
| Наноэлектроника |
|---|
Нанолитография (NL) является развивающейся областью техники в области нанотехнологий , занимающейся инженерно (структурирование , например , травление, осаждение, письмо, печать и т.д.) из нанометрового -scale структур на различных материалах.
Современный термин отражает конструкцию конструкций, построенных в диапазоне от 10 -9 до 10 -6 метров, то есть в нанометровом масштабе. По сути, поле - это производная литографии , охватывающая только очень маленькие структуры. Все методы NL можно разделить на четыре группы: фотолитография , сканирующая литография, мягкая литография и другие разные техники.
История
NL возник из необходимости увеличения количества субмикрометрических характеристик (например, транзисторов, конденсаторов и т. Д.) В интегральной схеме, чтобы не отставать от закона Мура . Хотя литографические методы используются с конца 18 века, ни одна из них не применялась к наноразмерным структурам до середины 1950-х годов. С развитием полупроводниковой промышленности резко вырос спрос на технологии, позволяющие создавать микро- и наноразмерные структуры. Фотолитография была впервые применена к этим структурам в 1958 году, когда наступила эпоха нанолитографии.
С тех пор фотолитография стала наиболее коммерчески успешной техникой, способной создавать образцы размером менее 100 нм. Существует несколько методов, связанных с этой областью, каждая из которых предназначена для различных целей в медицинской и полупроводниковой промышленности. Прорывы в этой области вносят значительный вклад в развитие нанотехнологий и приобретают все большее значение сегодня, поскольку растет спрос на все меньшие и меньшие компьютерные микросхемы. Дальнейшие области исследований касаются физических ограничений поля, сбора энергии и фотоники .
Именование
В переводе с греческого слово «нанолитография» можно разделить на три части: «нано» означает карлик, «лит» означает камень, и «графи» означает писать, или «крохотное письмо на камне».
Фотолитография
По состоянию на 2021 год фотолитография является наиболее широко используемым методом в массовом производстве микроэлектроники и полупроводниковых устройств . Он отличается как высокой производительностью, так и небольшими размерами выкроек.
Оптическая литография
Оптическая литография (или фотолитография) - один из наиболее важных и распространенных методов в области нанолитографии. Оптическая литография содержит несколько важных производных методов, все из которых используют очень короткие длины волн света, чтобы изменить растворимость определенных молекул, заставляя их вымываться в растворе, оставляя желаемую структуру. Некоторые методы оптической литографии требуют использования жидкостной иммерсии и множества технологий повышения разрешения, таких как маски с фазовым сдвигом (PSM) и коррекция оптической близости (OPC). Некоторые из методов, включенных в этот набор, включают многофотонную литографию , рентгеновскую литографию , нанолитографию связи света (LCM) и литографию в крайнем ультрафиолете (EUVL). Этот последний метод считается наиболее важным методом литографии следующего поколения (NGL) из-за его способности создавать структуры с точностью до 30 нанометров при высокой производительности, что делает его жизнеспособным вариантом для коммерческих целей.
Квантовая оптическая литография
Квантовая оптическая литография (QOL) - это метод без дифракции, позволяющий записывать с разрешением 1 нм с помощью оптических средств с использованием красного лазерного диода (λ = 650 нм). Сложные рисунки, такие как геометрические фигуры и буквы, были получены при разрешении 3 нм на резистной подложке. Метод был применен к графену с наноразмерным рисунком с разрешением 20 нм.
Сканирующая литография
Электронно-лучевая литография
Электронно-лучевая литография (EBL) или электронно-лучевая литография с прямой записью (EBDW) сканирует сфокусированный пучок электронов на поверхности, покрытой электронно-чувствительной пленкой или резистом (например, PMMA или HSQ ) для рисования нестандартных форм. Путем изменения растворимости резиста и последующего избирательного удаления материала путем погружения в растворитель было достигнуто разрешение менее 10 нм. Эта форма литографии без маски с прямой записью имеет высокое разрешение и низкую пропускную способность, ограничивая использование одноколонных электронных пучков только для изготовления фотошаблонов , мелкосерийного производства полупроводниковых устройств , а также исследований и разработок. Подходы с использованием многоэлектронных пучков имеют целью увеличение производительности при массовом производстве полупроводников. EBL может быть использован для селективного белкового нанопаттернинга на твердой подложке, нацеленного на сверхчувствительное зондирование.
Литография сканирующего зонда
Литография со сканирующим зондом (SPL) - это еще один набор методов для создания рисунка в нанометровом масштабе вплоть до отдельных атомов с использованием сканирующих зондов , либо путем вытравливания нежелательного материала, либо путем прямой записи нового материала на подложку. Некоторые из важных методов в этой категории включают нанолитографию с погружным пером , термохимическую нанолитографию , литографию с термосканирующим зондом и нанолитографию с локальным окислением . Нанолитография с помощью пера - наиболее широко используемый из этих методов.
Запись пучка протонов
В этом методе используется сфокусированный пучок протонов высокой энергии (МэВ) для создания рисунка на резистивном материале наноразмеров, и было показано, что он способен создавать рисунки с высоким разрешением значительно ниже отметки 100 нм.
Литография заряженных частиц
Этот набор методов включает ионную и электронную проекцию литографии. В ионно-лучевой литографии используется сфокусированный или широкий пучок энергичных легких ионов (например, He + ) для переноса рисунка на поверхность. С помощью ионно-лучевой бесконтактной литографии (IBL) наноразмерные элементы могут быть перенесены на неплоские поверхности.
Мягкая литография
В мягкой литографии используются эластомерные материалы, изготовленные из различных химических соединений, таких как полидиметилсилоксан . Эластомеры используются для изготовления штампа, формы или маски (наподобие фотошаблона ), которые, в свою очередь, используются для создания микротекстур и микроструктур. Описанные ниже методы ограничены одним этапом. Последующее формирование рисунка на одних и тех же поверхностях затруднено из-за проблем несоосности. Мягкая литография не подходит для производства полупроводниковых устройств, так как не дополняет осаждение металлов и травление. Эти методы обычно используются для создания химического рисунка.
Литография PDMS
Микроконтактная печать
Многослойная мягкая литография
Разные техники
Литография наноимпринтов
Наноимпринт-литография (NIL) и ее варианты, такие как Step-and-Flash Imprint Lithography и Laser Assisted Directed Imprint (LADI), являются многообещающими технологиями репликации наноразмеров, в которых рисунки создаются путем механической деформации импринт-резистов, обычно мономерных или полимерных образований. полимеризуется под воздействием тепла или ультрафиолетового излучения во время печати. Эту технику можно комбинировать с контактной печатью и холодной сваркой . Литография наноимпринтов позволяет создавать узоры на уровне менее 10 нм.
Магнитолитография
Магнитолитография (ML) основана на приложении магнитного поля к подложке с использованием парамагнитных металлических масок, называемых «магнитными масками». Магнитная маска, которая является аналогом фотошаблона, определяет пространственное распределение и форму приложенного магнитного поля. Второй компонент - ферромагнитные наночастицы (аналог фоторезиста ), которые собираются на подложке в соответствии с полем, индуцированным магнитной маской.
Наносферная литография
В литографии наносферы используются самособирающиеся монослои сфер (обычно из полистирола ) в качестве масок испарения. Этот метод был использован для изготовления массивов золотых наноточек с точно контролируемыми расстояниями.
Литография нейтральных частиц
В литографии нейтральных частиц (NPL) используется широкий пучок энергичных нейтральных частиц для переноса рисунка на поверхность.
Плазмонная литография
Плазмонная литография использует возбуждения поверхностных плазмонов для создания структур за пределами дифракционного предела, используя свойства ограничения субволнового поля поверхностных плазмонных поляритонов .
Трафаретная литография
Литография по трафарету - это параллельный метод без резистора для изготовления узоров в нанометровом масштабе с использованием апертур нанометрового размера в качестве теневых масок .