Нанолитография

В современных условиях интенсивного развития микропроцессорной техники нанолитография является одной из важнейших технологий. До недавнего времени структурные элементы микрочипа размером в несколько десятков нанометров создавались преимущественно методом оптического проецирования с последующим травлением. Однако сегодня разработчики процессоров и микросхем ориентируются на создание объектов величиной в 10 и 5 нм.

В таких условиях предпочтение отдается технологиям, базирующимся на использовании атомно-силовых микроскопов (АСМ). Такие приборы обеспечивают не только сканирование с разрешением в несколько ангстрем, но и могут оказывать воздействие на атомарную структуру материала.

Технологии нанолитографии на базе АСМ

Основным считывающим элементом микроскопа АСМ является зонд, представляющий собой подвижный кантилевер (пластину) с микроскопической заостренной иглой. При перемещении по поверхности она прижимается к обследуемому рельефу и реагирует на мельчайшие неровности. С обратной стороны в точке ее крепления на кантилевере имеется зеркальная поверхность. На нее направляется луч лазера, который в зависимости от позиции иглы отражается на специальные датчики, преобразующие световые сигналы в графическое изображение профиля поверхности.

С целью минимизации износа и повышения точности измерений сканирующий наконечник делается из твердого и высокопрочного материала (кремний, диоксид кремния, алмаз). Поэтому при увеличении прижимного усилия он не повторяет, а наоборот, процарапывает микроскопическую бороздку на поверхности обследуемого материала. Также технология получила свое продолжение, когда с помощью высокотемпературного нагрева кантиливера появилась возможность испарять нанесенный на образец полимер, который выступает заменой классического фоторезиста.  Таким образом, появляется возможность удалять тонкий слой с высочайшим разрешением, а сама технология получила название нанолитографии.

Технологии получения наноизображений

Выбор в пользу термического способа воздействия определяется исходя из особенностей обрабатываемой поверхности. Также в оборудовании для нанолитографии могут использоваться разные способы перемещения рабочего органа:

• Решетчатая схема подразумевает линейное движение иглы, при котором она оставляет борозды (испаряет нанесенный на образец полимер) разной длины. Расположенные в непосредственной близости многочисленные параллельные канавки образуют в итоге полноценное изображение. Такой вариант отличается высокой скоростью создания растровой картинки, но сопровождается повышенным износом рабочего органа.

• Более эффективными является точечное воздействие на поверхность, формирующее растровое изображение из отдельных пикселей. В этом случае игла при перемещении совершает колебательные движения с высокой частотой и маленькой амплитудой, оставляя мельчайшие точечные следы. Эта технология – усовершенствованный вариант предыдущей, и она также требует прохода над всеми участками образца.
• Наибольшими возможностями обладает векторная нанолитография, при которой рабочий орган проходит по заданной траектории и только над участками, нуждающимися в обработке. Это ускоряет процесс нанесения картинки и сохраняет целостность дорогостоящего наконечника. Векторное перемещение рабочего органа стало возможным благодаря высокоточной системе контроля с замкнутым контуром, реализованной в атомно-силовых микроскопах. Здесь используется фотодатчик повышенной чувствительности, работающий во взаимодействии с латеральным XY сканером и специализированным ПО.

Точное и быстрое позиционирование кантилевера позволяют на оборудовании для нанолитографии получать заданные изображения и объекты без каких-либо искажений. Качество самой графики и толщина получаемых линий в этом случае зависит от способа нанесения и сопутствующих факторов:

• для работы установки важен износ иглы из-за воздействий температур и прилипания полимера на наконечник иглы и частотно-амплитудные параметры ее вибрации по оси Z;
• также важна чистота и гладкость самого образца, что достигается его предварительной обработкой (полировкой) в вакууме или нанесением дополнительного рабочего слоя.

Высокоточная установка для нанолитографии оснащается моторизированным предметным столиком. Фактически относительно кантилевера позиционируется сам образец, что более рационально и позволяет увеличить срок службы важных компонентов АСМ.

Графическое программное обеспечение для наноизображений

Обеспечить слаженную работу всех компонентов оборудования для нанолитографии позволяет специализированное программное обеспечение. Основной принцип, реализованный при его создании – это простота и многофункциональность. С помощью ПО, имеющего интуитивно понятный пользовательский интерфейс можно:

• создавать графические объекты (схемы, рисунки);
• переводить их в векторный или растровый формат;
• применять различные способы обработки для основного объекта и фона;
• реализовывать созданные проекты с помощью различных режимов литографии.

В зависимости от применяемого метода оборудование для нанолитографии само определяет интенсивность и параметры воздействия на образец. Например, при динамическом процарапывании контура на рабочем слое контролируется положение и глубина (амплитуда) перемещения режущей иглы. при разрядном воздействии на кремневую пленку при подаче положительного потенциала +10В образуются светлые области, а при «-10В» - темные. При применение нагретого кантиливера происходит испарение полимерной пленки с образца, образуя топологический рисунок.

Наша компания, специализирующаяся на поставках и обслуживании высокоточного лабораторного оборудования, предлагает производственным компаниям несколько моделей установок серии NanoFrazor фирмы SwissLitho. Каждая такая установка для нанолитографии серии NanoFrazor обладает всеми необходимыми техническими характеристиками для нанесения микро- и наноизображений. Представленные установки оснащаются программным обеспечением и используют в своей работе уникальные научные разработки, повышающие их точность позиционирования и долговечность рабочего органа. Уточнить стоимость такого оборудования вы можете, отравив нам онлайн заявку по установленной форме.

Журнал по литографии "The Lithographer"

The Lithographer 2020 - Grayscale Issue




The Lithographer 2020 - Quantum Issue