Литография на полимерах



Литография с помощью СЗМ

С помощью СТМ можно производить ряд нанолитографических операций: модификацию поверхности, перенос материала зонда на образец и наоборот, перенос материала образца на зонд. Если эти операции могут производиться управляемым и предсказуемым образом, то это открывает ряд широких возможностей: создание запоминающих сред, технологию создания литографических рисунков с нанометровым разрешением, манипулирование молекулами и отдельными атомами, наносборку миниатюрных устройств. Наиболее простой способ модификации поверхности с помощью СТМ заключается в непосредственном контактном воздействии СТМ зонда на поверхность. Это приводит к появлению ямки на поверхности образца, на при этом может повреждаться зонд СТМ. Более щадящий способ воздействия на поверхность заключается в подаче на образец токового импульса. Поверхность образца под зонд при этом может расплавляться и даже частично испаряться.

Процесс гравировки хорошо известен как средство формирования рисунка на поверхности предмета. Реализация такого процесса с использованием методов сканирующей зондовой микроскопии позволяет осуществлять наногравировку (нанолитографию) с нанометровым разрешением. При осуществлении наногравировки с использованием методики обычной контактной силовой микроскопии зонд микроскопа перемещается по поверхности подложки с достаточно большой силой прижима, так что на подложке (или на лежащем на ней слое резиста) формируется рисунок в виде углублений (царапин). Такая методика использует принцип вспашки: материал извлекается из подложки вполне определенным образом, оставляя канавки с характерным сечением, определяемым формой кончика зонда. Применение наногравировки в качестве нанолитографической операции обладает определенными преимуществами: по сравнению с электронно- и ионно-лучевой литографиями не вносятся глубокие нарушения в подложку, нет необходимости применения дополнительных технологических операций, таких как травление подложки. Наногравировка была применена, например, для формирования мостиков из сверхпроводящих материалов (Джозефсоновских переходов), поверхностных квантовых ям.

СЗМ позволяет осуществлять непосредственное силовое воздействие зондом на поверхность образца. Это может производиться двумя путями – статическим воздействием (Наногравировка) и динамическим воздействием (Наночеканка).

При Наногравировке используется Контактный метод сканирования для формирования рисунка на поверхности подложки или на нанесенном на нее слое, например, слое резиста, с последующим использованием его в качестве маски травления. Такая технология нанолитографии достаточно проста и дешева, однако у нее есть определенные недостатки. При формировании наноканавки статическим воздействием зонда случайные торсионные изгибы кантилевера приводят к краевым неоднородностям рисунка. Кроме того, предварительное и последующее после нанолитографической операции сканирования приводят к сдвиговым искажениями рисунка.

С использованием АСМ Динамической Литографии (Наночеканки) модификация поверхности происходит за счет формирования углублений на поверхности образца колеблющимся зондом, при этом используется прерывисто-контактный метод сканирования. Такой метод нанолитографии свободен от сдвиговых искажающих воздействий, решает проблему торсионных искажений и позволяет производить визуализацию сформированного рисунка без серьезного воздействия на поверхность подложки или резиста.

АСМ Динамическая Литография может производиться с использованием векторного или растрового сканирования. Векторная литография осуществляется по заранее заданному рисунку, ее преимущество заключается в относительно большой скорости, однако она не позволяет варьировать силу воздействия на подложку в процессе литографии. Растровая литография осуществляется более медленно, поскольку при ее проведение сканирование осуществляется по всей площади участка подложки, на которой формируется рисунок, однако она позволяет осуществлять различное (в зависимости от рисунка шаблона) по силе воздействие зонда на подложку.

AFM Anodic Oxidation Lithography АСМ Анодно-Окислительная Литография является вариантом АСМ Электрической Литографии. С помощью Электрической Литографии можно изменять не только геометрические характеристики поверхности, но и ее локальные электрофизические свойства. Например, приложение электрического смещения к проводящему кантилеверу стимулирует протекание электрохимических процессов на поверхности непосредственно под образцом, при этом может происходить окисление металлических слоев.
В условиях окружающего воздуха или другой влажной среды поверхности образца и зонда покрыты слоем адсорбированной воды. Когда зонд приближается к поверхности достаточно близко, эти слои приходят в контакт, и под действием капиллярных сил образуется водяной мостик. При приложении соответствующей разности потенциалов на границе вода-поверхность, в воде и на зонде инициируется электрохимическая реакция. Если поверхность заряжена положительно, то зонд и поверхность вступают в электрохимическое взаимодействие как катод и анод соответственно. Окисел начинает расти в точке поверхности строго под зондом.

Для формирования сложных рисунков может быть произведена Растровая Литография с использованием pcx-файла. Разница между прикладываемыми минимальным и максимальным электрическими потенциалами пропорциональна яркости, и, соответственно, будет меняться и толщина выращиваемого анодного окисла, так что изображение рельефа поверхности будет соответствовать изображению, представленному pcx-файлом.

Импринт-литография


В перспективе этот тип литографии позволит применить наноскопическую печать на полимерах через маску масштаба 1:1 при использовании света в ультрафиолетовом диапазоне. Такие системы проецирования маски-шаблона значительно удешевят литографические системы, поскольку отпадает необходимость использования сложных и дорогих оптических систем, составляющих львиную долю современных литографических инструментов. В настоящее время для нанесения рисунка применяются маски масштаба 4:1, следовательно, для получения точной проекции рисунка маски требуется дорогостоящая оптика. Процесс нанесения рисунка на подложку до травления в импринт-литографии не зависит от качества применяемой оптики. Мономер, покрывающий поверхность кристалла, под действием ультрафиолетового излучения полимеризуется и застывает на поверхности. Он содержится в растворе и легко удаляется при необходимости, оставляя необходимый рисунок на поверхности подложки. При этом на формирование рисунка требуется всего несколько нанолитров вытравливающего реагента.
В 1997 году импринт-литографическую технологию, позволяющую создавать рельефы с шириной каналов 10 нм, уже демонстрировали исследователи из Принстонского университета. Но из-за того, что при использовании данной технологии долгое время не удавалось выровнять слои полупроводника, о технологии на некоторое время забыли. Сейчас, когда специалисты компании Nanonex добились неплохих результатов выравнивания слоев при использовании обратного сканирующего туннельного микроскопа, о перспективах импринт-литографии заговорили вновь. Основное преимущество импринт-литографии перед аналогами - низкая себестоимость производства микропроцессоров - подкрепляется тем, что производительность полупроводниковой линии может достигнуть небывалых показателей, ведь для нанесения одного слоя требуется всего 20-30 с. Таким образом, за час может быть обработано до 3000 пластин. Кроме того, импринт-литография откроет новые горизонты для молекулярной электроники, позволив печатать интегральные схемы с точностью до нескольких молекул мономера.