Нанолитография ( НЛ ) – это развивающаяся область методов в рамках нанотехнологий , связанных с созданием (например, травлением, осаждением, письмом, печатью) структур нанометрового масштаба на различных материалах.
Современный термин отражает конструкцию структур, построенных в диапазоне от 10-9 до 10-6 метров , то есть в нанометровом масштабе. По сути, эта область является производной от литографии , охватывающей только очень маленькие структуры. Все методы НЛ можно разделить на четыре группы: фотолитография , сканирующая литография, мягкая литография и другие разные техники. [1]
НЛ возник из-за необходимости увеличения количества субмикрометровых элементов (например, транзисторов, конденсаторов и т. д.) в интегральной схеме, чтобы соответствовать закону Мура . Хотя методы литографии существуют с конца 18 века, ни один из них не применялся к наноразмерным структурам до середины 1950-х годов. С развитием полупроводниковой промышленности резко возрос спрос на методы, позволяющие создавать микро- и наноструктуры. Фотолитография была впервые применена к этим структурам в 1958 году, когда началась эпоха нанолитографии. [2]
С тех пор фотолитография стала наиболее коммерчески успешным методом, позволяющим создавать узоры размером менее 100 нм. [3] Существует несколько методов, связанных с этой областью, каждый из которых предназначен для широкого применения в медицинской и полупроводниковой промышленности. Прорывы в этой области вносят значительный вклад в развитие нанотехнологий и становятся все более важными сегодня, поскольку спрос на все меньшие и меньшие компьютерные чипы растет. Дальнейшие области исследований связаны с физическими ограничениями поля, сбором энергии и фотоникой . [3]
Греческое слово «нанолитография» можно разделить на три части: «нано» означает «карлик», «лит» означает «камень» и «графия» означает «писать» или «крошечное письмо на камне».
По состоянию на 2021 год фотолитография является наиболее широко используемым методом массового производства микроэлектроники и полупроводниковых приборов . Для него характерна как высокая производительность производства, так и малогабаритность моделей.
Оптическая литография (или фотолитография) — один из наиболее важных и распространенных методов в области нанолитографии. Оптическая литография включает в себя несколько важных производных методов, все из которых используют очень короткие длины волн света, чтобы изменить растворимость определенных молекул, заставляя их смывать раствор, оставляя после себя желаемую структуру. Некоторые методы оптической литографии требуют использования жидкостной иммерсии и множества технологий повышения разрешения, таких как маски фазового сдвига (PSM) и оптическая коррекция близости (OPC). Некоторые из методов, включенных в этот набор, включают многофотонную литографию , рентгеновскую литографию , нанолитографию со световым взаимодействием (LCM) и литографию в крайнем ультрафиолете (EUVL). [3] 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 (QOL) представляет собой метод, не ограниченный дифракцией, позволяющий писать с разрешением 1 нм [4] оптическими средствами с использованием красного лазерного диода (λ = 650 нм). Сложные узоры, такие как геометрические фигуры и буквы, были получены с разрешением 3 нм [5] на резистивной подложке. Метод был применен к наноструктурам графена с разрешением 20 нм. [6]
Электронно-лучевая литография (EBL) или электронно-лучевая литография прямой записи (EBDW) сканирует сфокусированный луч 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, что ограничивает одноколоночные электронные лучи изготовлением фотомасок , мелкосерийным производством полупроводниковых устройств , а также исследованиями и разработками. Целью многоэлектронного пучка является увеличение производительности массового производства полупроводников. EBL можно использовать для селективного создания наноструктуры белков на твердой подложке с целью сверхчувствительного зондирования. [7] Резисты для EBL можно упрочнить с помощью последовательного инфильтрационного синтеза (SIS).
Сканирующая зондовая литография (SPL) — это еще один набор методов нанесения рисунка на нанометровом уровне вплоть до отдельных атомов с использованием сканирующих зондов либо путем травления нежелательного материала, либо путем прямой записи нового материала на подложку. Некоторые из важных методов в этой категории включают нанолитографию пером , термохимическую нанолитографию , термосканирующую зондовую литографию и нанолитографию локального окисления . Нанолитография пером является наиболее широко используемым из этих методов. [8]
В этом методе используется сфокусированный луч 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. [9]
К этому набору методов относятся ионно- и электронно-проекционная литографии. Ионно-лучевая литография использует сфокусированный или широкий луч энергичных легких ионов (таких как He + ) для переноса рисунка на поверхность. Используя ионно-лучевую литографию (IBL), наноразмерные элементы можно переносить на неплоские поверхности. [10]
В мягкой литографии используются эластомерные материалы, изготовленные из различных химических соединений, таких как полидиметилсилоксан . Эластомеры используются для изготовления штампов, форм или масок (аналог фотомаски ), которые, в свою очередь, используются для создания микрорисунков и микроструктур. [11] Описанные ниже методы ограничены одной стадией. Последующее формирование рисунка на одних и тех же поверхностях затруднено из-за проблем с несовпадением. Мягкая литография непригодна для производства полупроводниковых приборов, так как не дополняет осаждение и травление металлов. Эти методы обычно используются для химического нанесения рисунка. [11]
Наноимпринтная литография (NIL) и ее варианты, такие как пошаговая литография и направленная печать с помощью лазера (LADI), являются многообещающими технологиями репликации наноструктур, в которых узоры создаются путем механической деформации отпечатков резистов, обычно мономерных или полимерных образований, которые представляют собой отверждается под воздействием тепла или УФ- излучения во время печати. [ нужна цитация ] Этот метод можно комбинировать с контактной печатью и холодной сваркой . Наноимпринтная литография способна создавать узоры размером менее 10 нм. [ нужна цитата ]
Магнитолитография (МЛ) основана на наложении магнитного поля на подложку с помощью парамагнитных металлических масок, называемых «магнитной маской». Магнитная маска, аналогичная фотомаске, определяет пространственное распределение и форму приложенного магнитного поля. Второй компонент — ферромагнитные наночастицы (аналог Фоторезиста ) , которые собираются на подложке согласно полю, индуцированному магнитной маской.
Нанофонтанный зонд представляет собой микрофлюидное устройство, по своей концепции аналогичное перьевой ручке , которое наносит узкую дорожку химического вещества из резервуара на подложку в соответствии с запрограммированной моделью движения. [12]
В наносферной литографии в качестве масок испарения используются самоорганизующиеся монослои сфер (обычно изготовленных из полистирола ). Этот метод использовался для изготовления массивов золотых наноточек с точно контролируемыми интервалами. [13]
Литография нейтральных частиц (NPL) использует широкий луч энергичных нейтральных частиц для переноса рисунка на поверхность. [14]
Плазмонная литография использует возбуждение поверхностных плазмонов для создания структур за дифракционным пределом, используя свойства ограничения субволнового поля поверхностных плазмонных поляритонов . [15]
Трафаретная литография — это параллельный метод изготовления рисунков нанометрового масштаба, не требующий сопротивления, с использованием апертур нанометрового размера в качестве теневых масок .
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)Нанотехнологии в Керли