Зондовая нанолитография
Перьевая и электрохимическая перьевая нанолитография
(dip pen and electrochemical dip-pen nanolithography)
При использовании в качестве чернил электролитов, применяемых для элекрохимического катодного осаждения металлов и некоторых полупроводников, этот метод назвали «электрохимическая перьевая нанолитография». Процесс осаждения и свойства осажденных материалов контролируются известными из электрохимии закономерностями. Толщина осадка обычно не превышает 1 нм, а минимальная ширина – до 30 нм.
Зондовая нанолитография
Наноимплант (nanografting)
На подложку золота наносят полимер и помещают в раствор тиола. С помощью зонда атомного силового микроскопа удаляются молекулы полимера, а освободившееся место занимают молекулы тиола, создавая тем самым рельефную поверхность, которую можно «считать» с помощью зонда атомного силового микроскопа в бесконтактном режиме.
Нанопечать
Чернильная печать (ink contact printing, inking)
Эластичный штамп покрывают чернилами и прижимают к подложке. Состав чернил (тиол и его производные) выбирают так, чтобы при контакте на подложке образовывалась мономолекулярная пленка. Эта пленка, нанесенная в соответствии с рельефом штампа, используется в качестве маски при проведении травления и поверхностных реакций.
Нанопечать
Чернильная печать (ink contact printing, inking)
Технологическими проблемами в реализации метода чернильной печати являются подгонка рисунка, диффузионное расплывание чернил и деформация штампа. Механические напряжения, прикладываемые к штампу, отрицательно сказываются на подгонке и совмещении рисунка при многократной печати. Термическое расширение эластомера, из которого изготовлен штамп, при незначи- тельных флуктуациях температуры приводит к изменению размеров элементов на штампе. Диффузионное размытие чернильного рисунка происходит во время контакта штампа с подложкой. Оно контролируется конкуренцией между диффузией в газовой фазе, движением молекул, физически и химически адсорбированных на поверхности подложки. Подавление диффузии способствует улучшению разрешения (чернила из тяжелых молекул). Тиол обеспечивает разрешение на уровне 100 нм.
Нанопечать
Тиснение (embossing)
Нанопечать
Тиснение (embossing)
Поверхность штампа имеет рисунок требуемых окон в резистивной пленке (термопластичный полимер). Подложку нагревают до температуры размягчения полимера (температура перехода в стеклообразное состояние), после чего в нее вдавливают штамп на нескольких минут. Затем всю систему охлаждают ниже точки размягчения полимера и отделяют штамп от пленки. Остатки полимера в окнах удаляют травлением в кислородной плазме или химическим растворением. Профилированный резист используют в качестве маски для последующего травления материала подложки или же для взрывной литографии. Наиболее часто используемым полимером для тиснения является PMMA. Температура его размягчения составляет около 105 C,
обеспечивая хороший рисунок при тиснении при
190 – 200 C. Разъединение штампа и подложки проводят после охлаждения до 50 C. Разрешение достигает 10 нм.
Нанопечать
Нанопечать с фотополимеризацией мономера
(step and flash imprint lithography, S FIL)
В качестве резиста используется мономер с низкой вязкостью при комнатной температуре. Его в виде капель наносят на поверхность подложки. Количество материала в каждой капле задают таким образом, чтобы одновременно копировать и большие, и маленькие элементы рисунка за одну операцию печати. Затем резист подвергают мягкому механическому прессованию жестким штампом, изготовленным из прозрачного для ультрафиолетового излучения материала (обычно из плавленого кварца).
Нанопечать
Нанопечать с фотополимеризацией мономера
(step and flash imprint lithography, S FIL)
Облучая сформированный рисунок резистивной пленки ультрафиолетовым светом, мономер полимеризуют, придавая необходимые механические и химические свойства. Остаточный слой полимера между элементами рисунка удаляют травлением. На подложке остается идеальная реплика штампа. Этим методом получено разрешение до 20 нм. В отличие от других литографических методов нанопечать с фотополимеризацией мономера позволяет формировать трехмерные отпечатки.
Сравнение нанолитографических методов
Оптическая литография
Скорость экспонирования в диапазоне 10 –100 см2/с. По разрешающей способности существуют ограничения на минимальный воспроизводимый размер элемента, что связано с длиной волны излучения. Повышение разрешающей способности идет по пути уменьшения длины волны излучения (G-линия (436 нм) и I-линия (365 нм) ртути, излучение эксимерных лазеров: KrF (248 нм), ArF (197 нм), F2 (157 нм)). Достижимый
минимальный размер составляет 100 нм. Дальнейшее уменьшение до 50 нм представляется физически возможным, что требует существенного прогресса в технологии создания резистивных масок и повышения чувствительности фоторезистов с высоким разрешением.