TIMOSHCHENKO IGOR ANDREEVICH (BY)
TIMOSHCHENKO IGOR ANDREEVICH (BY)
| WO2001024219A1 | 2001-04-05 | |||
| WO2001071778A2 | 2001-09-27 |
| US20030007242A1 | 2003-01-09 | |||
| RU2175761C2 | 2001-11-10 | |||
| JP2005159358A | 2005-06-16 |
J. VOIGT ET AL.: "Nanofabrication with scanning nanonozzle "Nanojet", MICROELECTRONIC ENGINEERING, vol. 57-58, 1 September 2001 (2001-09-01), pages 1035 - 1042
| формула изобретения
1. сканирующий струйный нанолитограф, содержащий электрически управляемые узкополосные источники оптического излучения и одно или более сопел для создания управляемой струи из химически и/или физически активного вещества, формирующей рисунок на подложке и/или осуществляющую профильную резку обрабатываемого материала, отличающийся тем, что сопло представляет собой оптический резонатор и выполнено из оптически прозрачного капилляра, в стенки которого предусмотрено введение электрически управляемого узкополосного оптического излучения, а длина сопла кратна половине длины волны оптического излучения, причем длина волны оптического излучения выбрана такой, чтобы обеспечить максимальное симметричное и/или несимметричное световое давление на прокачиваемое через капилляр вещество, внешний размер сопла не менее длины волны используемого оптического излучения.
2. нанолитограф по п. 1 , отличающийся тем, что прокачиваемое внутри капилляра вещество может быть газообразным, жидкостным, радикальным, плазменным или их комбинацией.
3. нанолитограф по п. 1 , отличающийся тем, что внутренний профиль сечения капилляра сопла имеет заданную форму.
4. нанолитограф по любому из п. п. 1-3, отличающийся тем, что оптически прозрачный капилляр сопла выполнен с внутренним диаметром не менее 5 нм.
5. нанолитограф по любому из п. п. 1-4, отличающийся тем, что оптически прозрачный капилляр выполнен сужающимся к соплу и покрыт светоотражающим покрытием, за исключением внутренней части капилляра сопла.
6. нанолитограф по любому из п. п. 1-5, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью относительного перемещения по крайней мере одного сопла и подложки.
7. способ работы сканирующего струйного нанолитографа по любому из п. п.1-7, отличающийся тем, что пространственное управление струей осуществляют путем создания в капилляре сопла неоднородного светового давления на струю, приводящего к заданному отклонению струи от центральной оси на выходе из капилляра сопла и/или прерыванием светового давления по времени.
8. способ работы нанолитографа по п.7, отличающийся тем, что неоднородное световое давление на струю в капилляре создают за счет пространственного фазового или амплитудного сдвига оптического излучения от по крайней мере одного электрически управляемого узкополосного источника.
9. способ работы нанолитографа по любому из п. п. 7,8 отличающийся тем, что пространственное прерывание струи осуществляют выключением оптического излучения.
10. способ работы нанолитографа по любому из п. п.7-9, отличающийся тем, что давление подаваемой к капилляру жидкости выбрано таким, чтобы оно было выше давления образования бабстонов для этой жидкости, но было ниже капиллярного давления на выходе из сопла.
11. способ работы нанолитографа по любому из п. п.7-10, отличающийся тем, что при резке обрабатываемого материала пространственное управление процессом резки осуществляют, по крайней мере, как оптическим управлением струи или струй, так и механическим перемещением обрабатываемого материала и/или сопла или сопел.
12. Haнoлитoгpaф по любому из п. п. 1-6, отличающийся тем, что в него дополнительно встроена широкоапертурная оптическая система с детекторами для сбора оптического излучения в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового, возникающего в зоне контакта струи с объектом.
13. способ работы нанолитографа по любому из п. п. 1-7 и 12, отличающийся тем, что для контроля процесса формирования топологического рисунка на подложке или процесса резки обрабатываемого материала используют широкоапертурную оптическую систему с детекторами для сбора оптического излучения в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового, возникающего в зоне контакта струи с объектом с последующим преобразованием его в электрический сигнал для обработки в компьютере. |
сканирующий струйный нанолитограф и способ его работы
область техники
изобретение относится к области технологического оборудования для электронной промышленности и может быть использовано в производстве интегральных схем с наноразмерными элементами, одновременно оно может совмещать операции контроля за процессом нанолитографии, осуществлять контурную резку материалов, создавая атомарно гладкие поверхности.
уровень техники
известно, что в настоящее время электронная промышленность для серийного производства планарных сверхбольших интегральных схем (сбис), имеющих 10 7 -10 8 активных элементов (транзисторов) на кристалл использует литографические установки с разрешением 65-100 нм. такое разрешение получено при использовании эксимерных лазеров ArF с длиной волны излучении 193 нм, фазоконтрастных прозрачных шаблонов и специальных фоторезистов [1]. волновой характер процессов и возможность параллельного переноса на полупроводниковую часть подложки всего или части рисунка интегральной схемы приводит к тому, что фотолитография будет применяться, пока не исчерпаны ее последние возможности. дальнейшее уменьшение длины волны источника света связано с проблемой отсутствия в природе необходимых оптически прозрачных материалов для фотошаблонов. это вынуждает заменять оптику, работающую на пропускание света на оптику, работающую на отражение - зеркальную оптику, и вместо источников электромагнитного излучения использовать электронные или ионные пучки.
B настоящее время для получения интегральных схем с разрешением менее 65 нм используются следующие 4 основные направления: экстремальный ультрафиолет (ехtrеmе UV lithоgrарhу - EUVL) 1 электронная проекционная литография (SCALPEL), рентгеновская литография (X- rау lithоgrарhу), ионная литография (iоп bеаm lithоgrарhу). попытки усовершенствовать серийную литографию ближнего уф диапазона 193 нм иммерсионным методом позволило придти к фундаментальному пределу для этой технологии - 45 нм ("ASML" TWINSCAN XT:1700i). рентгеновская литография из-за высокой энергии фотонов более 100 эв уменьшает разрешающую способность вследствие возникновения высокоэнергетичных вторичных электронов. считается что для серийного производства с разрешением 6,5 -35 нм пока пригодна только EUVL. однако, этот способ имеет очень высокий коэффициент энергетических потерь из-за низкого коэффициента преобразования электрической энергии в экстремальный ультрафиолет и большой коэффициент потерь в зеркальной оптике. помимо низкого значения коэффициента конверсии нанолитограф содержит большое количество различных других источников существенных энергетических потерь (табл. 1)
таблица 1. уровни электрических и оптических мощностей в различных узлах EUVL нанолитографа при производительности, соответствующей современному сканер-степперу ASML (TWINSCAN AT: 1200 в) и чувствительности резиста 5mJ/cm 2 . [1].
*учтeны потери времени между экспозициями 50%, все значения мощностей увеличиваются в 10 раз из-за потерь времени при сканировании,** коэффициент конверсии η=2%,, ***Kпд лазера η e =10%.
параллельные проекционные варианты электронно- и ионолитографий с использованием широких пучков сталкиваются с практически не разрешимыми на производственном уровне проблемами эмиссионного или транспарентного шаблона. такого рода шаблон содержит маленькую картинку (фрагмент) и дает возможность переносить ее единовременно. но для этого он должен быть проницаемым для электронного (ионного) пучка. разработаны очень сложные и дорогие машины и технологии (например SCALPEL, толщина транспарентного электроношаблона составляет всего 100 нм). с их помощью возможно сегодня проэкспонировать более или менее современную сбис за приемлемое время. последовательная электронная и ионная литографии с использованием тонкого сканирующего пучка из-за низкой производительности пригодна только для создания эталонных масок для EUVL.
таким образом, без создания дешевого мощного источника уф излучения в диапазоне 13.5 нм решение проблемы выпуска серийной EUVL с приемлемой производительностью невозможна. по прогнозам, в целом предприятие, использующее такой технологический цикл, может стоить десятки миллиардов долларов. все это подталкивает к поиску принципиально новых путей создания методов нанолитографии.
одним из таких путей является предложение фирмы HP использовать не фотометоды, (а imрriпt lithоgrарhу) типографские методы нанопечати с помощью наноматриц [2]. как фото методы, так и типографские методы являются параллельными методами хранения и переноса гига-терабитных объемов информации. в настоящее время им не было альтернативы до появления мощных компьютеров, которые могут хранить такие же объемы информации в виде топологии интегральной схемы. при этом проблема дефектов «элeктpoннoй мacки» и ее загрязнения в процессе технологических операций полностью исключается. при этом
себестоимость изготовления самих «элeктpoнныx мacoк» падает в миллион раз и соизмерима со стоимостью DVD матрицы. при этом компьютер играет роль виртуальных «aбcoлютнo чистых кoмнaт». это также уменьшает стоимость технологического маршрута на стоимость создания «чиcтыx кoмнaт» высокого класса.
известны следующие последовательные методы нанолитографии, пригодные для создания квантовразмерных электронных приборов с предельно достижимыми рабочими параметрами. в работе [3] было показано, что для получения низковольтных (0.2-O.зB) одноэлектронных транзисторов расстояния между проводниками не должны быть меньше 7,25 нм. следовательно, создавать литографические установки с меньшим, чем 7,25 нм разрешением не имеет физического смысла.
основным узлом последовательных нанотехнологических установок является нанореактор, в котором под воздействием энергии зонда происходят локальные физико-химические процессы в областях нанометровых размеров. сам зонд последовательно (построчно) сканирует поверхность. сканирование осуществляется либо магнитным полем в случае нанометровых электронных или ионных пучков либо механически по типу сканирующих микроскопов STM, AFM, либо по типу сканирующего оптического микроскопа ближнего поля (SNOM).
использование электронных или ионных пучков для сканирования позволяет получить большое поле обзора вплоть до квадратных сантиметров. теоретически разрешающая способность такого пучка будет определяться длиной волны де бройля частицы. например, для 150 эв электрона должны получить разрешение 0.1 нм. но на практике для сканирующей электронной микроскопии достигнуто разрешение всего 5-10 нм при энергии электронного пучка до 100 кэв. это связано с тем, что электронные и ионные пучки представляют собой «гaзooбpaзныe» струи с высокими кулоновскими силами отталкивания одноименных частиц, что не позволяет достичь высокой плотности пучка. сложность фокусировки таких пучков приводит к невозможности создать высокий ток в пучке (низкая яркость), и, как следствие, получается низкая производительность. кроме
того, из-за накопления заряда для работы с ними требуется электропроводная подложка. таким образом, из-за низкой производительности, более часа, сканирование с помощью электронных и ионных пучков в нанолитографии можно использовать только для изготовления эталонных масок. к тому же, высокая энергия фокусируемых электронов приводит к значительному разрушению используемых материалов, что ограничивает пространственную разрешающую способность метода. преимуществом же является возможность непосредственного наблюдения (контроля) за процессом изготовления маски в разных энергетических диапазонах по вторичным электронам или фотонам.
использование методов сканирующей туннельной микроскопии для нанолитографии позволяет получить достаточно яркие (сильноточные) источники электронов для осуществления локальных химических реакций и получить высокую разрешающую способность менее 0.1 нм. но здесь возникают другие проблемы. по существу, химические реакции осуществляются последовательно с отдельными атомами или молекулами и время каждой реакции составляет 10 "8 -10 "9 с. из-за этого на создание одного пикселя рисунка размером 14,5x14,5 нм требуется 2-10 "4 с. тогда при сканировании только 1 см 2 с числом пикселей 4,7-ю 11 потребуется несколько месяцев непрерывной работы. из-за использования механических систем сканирования на пьезокерамике поле обзора имеет размеры всего в 10-100 мкм 2 . кроме того, из-за механического гистерезиса пьезокерамики невозможно вернуть зондовую иглу микроскопа в начальную точку, что вызывает проблему совмещения. аналогичные проблемы имеют AFM and SNOM. кроме того, в этих системах контроль осуществляется после изготовления топологического рисунка, что значительно усложняет и удлиняет весь процесс.
как следует из вышесказанного, существует ряд проблем для последовательных способов нанолитографии, которые должны быть решены для возможности создания серийных установок.
B предлагаемом изобретении в качестве прототипов используется объединение широко известных принципов работы следующих устройств:, струйного принтера, осуществляющего формирование рисунка с помощью капель посредством механического сканирования по листу,, сканирующего электронного микроскопа, осуществляющего сканирование посредством тонкого электронного пучка по большим площадям,, устройства для электрического управления пространственной структурой узкополосных световых пучков .однако эти устройства не пригодны для нанолитографии.
раскрытие изобретения
задачей изобретения сканирующего струйного нанолитографа является увеличение площади сканирования до 1-10 см 2 при увеличении производительности до 1-10 мин на создание одного слоя топологического рисунка интегральной схемы с разрешением не менее 7,25 нм и осуществление возможности наблюдения и контроля за процессом изготовления, в реальном режиме времени технологического процесса.
возможным решением проблемы является использование в нанолитографии жидких струй несколько нанометров в диаметре [4-5]. однако теоретические расчеты движения наноструи в [5] показывают, что наноструи при выходе из капилляра расширяются и распадаются, что делает их применение затруднительным на больших расстояниях от подложки. кроме того, трудно сформировать наноструи из химически активного вещества избегая реакций со стенками сопла, так как покрытие их золотом не дает должной эффективности [5].
чтобы создать нераспадающуюся жидкую нанострую, двигающуюся в вакууме на расстояние до 10 см и способную просканировать площадь 1-10 см 2 , учтем все факторы, воздействующие на нанострую при ее движении в капилляре и выходе ее в вакуум [6].
известно, что в жидкости при атмосферном давлении возникают наноразмерные пузырьки - бабстоны с диаметром 10 нм и плотностью до 10 12 штук на см 3 [7]. движение этих бабстонов в струе может вызвать нестационарные эффекты - распад струи и кавитационные процессы на
поверхности подложки при попадании на нее струи. это может привести к неконтролируемым процессам и дефектам при создании топологического рисунка. капиллярное давление в бабстоне определяется соотношением P = σl2πr b , где σ- поверхностное натяжение, а /ъ - радиус бабстона.
например, для воды в нормальных условиях P= 1.57 мпа. при увеличении внешнего давления воды до давления порядка 1.6 мпа бабстоны исчезают. поэтому для создания однородной водяной наноструи необходимо создавать в ней давление как минимум 1.6 мпа. [8].
условие устойчивости струи при выходе из капилляра можно рассчитать из отношения коэффициента поверхностного натяжения σ к динамической вязкости жидкости η. для диэлектрических жидкостей критическая скорость, при которой жидкость продолжает совершать ламинарное движение, не превышает v cr = σ/η . для воды это значение равно 72 м/с. эксперименты показывают, что можно получить стабильную длинную струю только при учете этой критической скорости [9]. в работе [4] теоретически исследовалась струя при скорости 400м/с, что на порядок превышает критическую скорость. это явилось основной причиной невозможности получить ими устойчивой струи.
процесс создания топологического рисунка подразумевает либо нанесение вещества на подложку, либо травление самой подложки. причем для нанесения рисунка на различные подложки требуется широкий класс материалов, например проводники, полупроводники, диэлектрики. для травления используются химически активные вещества, индивидуальные для каждого материала подложки. поэтому надо найти способ, чтобы активное вещество минимально соприкасалось с капилляром.
учитывая все вышеизложенные факторы, воздействующие на нанострую при ее движении в капилляре и выходе ее в вакуум мы предлагаем следующий метод создания наноструи [6].
жидкость под давлением, необходимым для охлопывания бабстонов, подается в сходящееся полое волокно из плавленого кварцевого стекла, в стенки которого запускается лазерный пучок. сходящийся капилляр позволяет концентрировать энергию лазерного излучения в зоне активации
жидкости в сопле капилляра. оптическое излучение оказывает радиационное давление на вещество и препятствует его контакту со стенками. в работе [10] показаны пути формирования оптических пучков с заданной пространственной структурой. волокно покрывается металлической пленкой, для того, чтобы излучение не покидало его пределов. давление, создаваемое фотонами, будет определяться сечением поглощения атомами. максимальное давление света создается при резонансном поглощении. сила резонансного давления на атом F определяется как импульс, переданный потоком фотонов с плотностью N в единицу времени: F = Nцkз , где r\k = 2πr\/ λ - импульс одного фотона,
& « λ 2 12- сечение поглощения резонансного фотона, λ - длина волны света. при насыщении среды сила светового давления перестает зависеть от интенсивности и определяется скоростью спонтанных актов испускания. для типичных значений скорости спонтанного испускания 10 ~8 с и длины волны света порядка 0,6 нм можно получить F « 5 -10 ~3 эв/см. для стоячей лазерной волны давление света обуславливается действием пространственно неоднородного поля на наведенный им атомный диполь. максимальная сила давления света по порядку величины равняется F ∞ екd , где d - момент диполя. для см дебай, λ«0,6 мкм, E«10 6 в/см, сила F « 5 -10 2 эв/см. если в резонаторе создать две стоячие волны с небольшой растройкой, то с помощью величины этой растройки или интенсивности стоячих волн можно управлять напрвлением движения атомов, то есть существует возможность управлять наноструей - разворачивать ее в пространстве.
для примера в качестве используемого вещества можно взять любой углеводород. разрывая его с — H связи мы формируем радикалы, которые химически очень активны. для разрыва такой связи нужна энергия 4,28 эв, т.е. излучение длиной 289 нм. для уменьшения стоимости установки можно использовать полупроводниковые лазеры (вторая гармоника или двухфотонный режим возбуждения молекул). для отталкивания жидкости от стенок предлагается использовать это же излучение. необходимые для
создания нанолитографической маски радикалы можно создавать только в небольшой области на выходе из волокна. скорость струи должна быть таковой, чтобы молекула успела поглотить фотон и не успела вступить в реакцию с другими молекулами. для времен поглощения порядка 10 "9 í10 "8 секунд в нашей конфигурации это скорость 10-100 м/с, но она не должна превышать критическую скорость, при которой жидкость продолжает совершать ламинарное движение или потребуется формировать струю из отдельных сферических капель. мощность излучения, достаточная для разрыва с — H связей во всех молекулах составляет порядка 10 6 í10 7 вт/см 2 , давление, создаваемое таким излучением может достигать 5 гпа, что не превышает предельную прочность волокон на разрыв при растяжении.
при выходе наноструи из сопла, поверхностное натяжение совместно с радиальной силой, вызванной импульсами отдачи переизлучаемых молекулами фотонов создают пространственно устойчивую струю. временное управление струей можно осуществлять длительностью лазерного импульса, а также формировать струю в виде отдельных капель. естественным затвором будет являться капиллярное давление капли жидкости на выходном отверстии сопла p s = 2σ/r s , где r s - радиус сопла.
например, для воды при г s =7,25 нм капиллярное давление на крае сопла P s «20 мпа.
формирующееся электромагнитное поле в ближней волновой зоне на выходе из волокна будет препятствовать расхождению наноструи. для организации пространственного сканирования струи по подложке необходимо использовать два или четыре лазера с небольшой растройкой по частоте. за счет фазовой или амплитудной модуляции можно сформировать несимметричное поле, отклоняющее струю.
сущность изобретения
согласно одному из вариантов изобретения сканирующий струйный нанолитограф, содержит электрически управляемые узкополосные источники оптического излучения и одно или более сопел для создания управляемой струи из химически и/или физически активного вещества.
струя формирует рисунок на подложке и/или осуществляет профильную резку обрабатываемого материала. сопло является оптическим резонатором. оно выполнено из оптически прозрачного капилляра, в стенки которого предусмотрено введение электрически управляемого узкополосного оптического излучения. длина сопла выбирается кратной половине длины волны оптического излучения, причем длина волны оптического излучения выбирается такой, чтобы обеспечить максимальное симметричное и/или несимметричное световое давление на прокачиваемое через капилляр вещество. внешний размер сопла (резонатора) выбирается не менее длины волны используемого оптического излучения.
в этом изобретении прокачиваемое внутри капилляра вещество может быть газообразным, жидкостным, радикальным, плазменным или их комбинаций. внутренний профиль сечения капилляра сопла имеет заданную форму или в простейшем случае выполнен с внутренним диаметром не менее 5 нм.
капилляр сужается к соплу и покрыт светоотражающим покрытием, за исключением внутренней части капилляра сопла, которое является оптическим резонатором. взаимодействие оптического излучения и прокачиваемого вещества осуществляется внутри сопла (резонатора).
для проведения технологических операций предусмотрена возможность относительного перемещения по крайней мере одного сопла и подложки в нанолитографе.
способ работы сканирующего струйного нанолитографа заключается в пространственном управлении струей, которое осуществляется путем создания в капилляре сопла неоднородного светового давления на струю. это приводит к заданному отклонению струи от центральной оси на выходе из капилляра сопла. прерывая по времени световое давление можно задавать длину струи или делать ее в виде капель, что улучшает устойчивость струи при приближении к критическим скоростям.
одним из способов работы нанолитографа является то, что неоднородное световое давление на струю в капилляре формируется за счет пространственного фазового или амплитудного сдвига оптического
излучения от по крайней мере одного электрически управляемого узкополосного источника.
другой способ работы нанолитографа заключается в возможности пространственного прерывания струи путем выключением оптического излучения.
для того, чтобы капилляр не блокировался кластерными образованиями жидкости - бабстонами, давление подаваемой к капилляру жидкости должно превышать давление образования бабстонов для этой жидкости. однако оно должно быть меньше капиллярного давления на выходе из сопла для того, чтобы при выключении оптического излучения движение струи прерывалось.
другим способом работы нанолитографа является то, что при резке обрабатываемого материала пространственное управление процессом резки осуществляют, по крайней мере, как оптическим управлением струи или струй, так и механическим перемещением обрабатываемого материала и/или сопла или сопел.
вариантом изобретения нанолитографа является то, что в него дополнительно встроена широкоапертурная оптическая система с детекторами для сбора оптического излучения в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового, возникающего в зоне контакта струи с объектом.
способ работы такого нанолитографа является то, что для контроля процесса формирования топологического рисунка на подложке или процесса резки обрабатываемого материала используют широкоапертурную оптическую систему с детекторами для сбора оптического излучения в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового, возникающего в зоне контакта струи с объектом с последующим преобразованием его в электрический сигнал для обработки в компьютере.
более подробно изобретение представлено на чертежах: фиг.1. схема сканирующего струйного нанолитографа.
фиг.2. устройство капиллярного сопла. фиг.з. схема резки кремниевого буля с помощью наноструй. фиг. 4. схема атомарного шлифования и нанесения монослоев при создании ультрафиолетовой зеркальной оптики с помощью наноструй.
краткое описание чертежей
на фиг.1 представлена схема сканирующего струйного нанолитографа. здесь 1 - резервуар с жидкостью под давлением. жидкость поступает по сужающемуся капилляру 2 к соплу, которое формирует наноразмерную струю 3. одновременно к соплу по световодам 4,5 подводятся два оптических сигнала, формируемых электрически управляемыми узкополосными источниками излучения 6,7. путем электрической модуляции оптических сигналов, поступающих из 6,7 на выходе из сопла осуществляется формирование пространственно- неоднородного электромагнитное поля, которое осуществляет точное пространственное сканирование в плоскости x,y струи 3 по подложке. подложка расположена на механически перемещаемом столе 9, с помощью которого осуществляется более грубое перемещение подложки в плоскости x,y. струя 3 осуществляет травление и/или нанесение литографического рисунка на подложку 8. контроль за процессом литографии осуществляется в разных энергетических диапазонах от звукового до ультрафиолетового. сигнал возникает в зоне контакта струи с подложкой в результате механического соударения и протекания химических реакций. сигнал в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового снимается с помощью зеркальной оптики 10 и соответствующему этому диапазону детектору 11 или в оптическом диапазоне с помощью широкоапертурного объектива (система линз) 12 и соответствующего детектора 13. для сбора акустического сигнала используется акустический преобразователь 14, соединенный акустически с подложкой, сигнал с которого поступает на акустический детектор 15. информация с детекторов обрабатывается компьютерным образом и выводится на дисплей.
Ha фиг.2 показано устройство капиллярного сопла. здесь показано формирование струи 16 в зоне капиллярного сопла 17. сопло 17 является оптическим резонатором, длина которого кратна половине длины волны оптического излучения, заводимого в стенки сопла. оптическое излучение создает всестороннее световое давление на струю 16, которая отжимается от стенок сопла 17 и образует изолирующий от стенок промежуток 18. сужающийся оптически прозрачный капилляр 19 покрыт металлическим светоотражающим слоем 20, который одновременно выполняет химическую защиту капилляра. в капилляр заводится модулируемое оптическое излучение 21 ,22 и под давлением подается активное вещество 23.
на фиг. 3 показана схема резки кремниевого буля с помощью наноструй. здесь с помощью параллельного набора капиллярных сопел 24 подаются струи активного вещества на обрабатываемый материал 26. это может быть, например, кремниевый буль, стекло и др. вещество струи выбирается таким, чтобы оно осуществляло травление обрабатываемого материала с образованием газообразных отходов. для устранения вибраций обрабатываемый образец 26 помещается на специальном профильном столе 27 на газовую подушку 28. газовая подушка 28 формируется таким образом, чтобы создавать вращающий момент.
на фиг. 4 показана схема атомарного шлифования и нанесения монослоев при создании ультрафиолетовой зеркальной оптики с помощью наноструй. здесь с помощью набора сопел 29 последовательно подаются струи различных активных веществ для профильной обработки подложки 30. сначала производится травление, затем атомарная полировка с последующим нанесением атомарных слоев.
примеры осуществления изобретения
заявляемое изобретение открывает возможность увеличения площади сканирования до 1-10 см 2 при увеличении производительности до 1-10 мин на создание одного слоя топологического рисунка интегральной схемы с предельным разрешением 5-7 нм. при этом осуществляется возможность наблюдения и контроля за процессом изготовления в реальном режиме времени.
однако встает вопрос, можно ли использовать существующие в настоящее время технологии для производства предлагаемого струйного нанолитографа и будут ли он рентабелен при массовом производстве интегральных схем с предельным разрешением 5-7 нм.
рассмотрим возможности технической реализации.
рассчитаем возможную производительность нанолитографической установки на основе наноструй. для примера в качестве рабочей жидкости рассмотрим углеводород. скорость течения струи - 50 м/с. диаметр струи - 14,5 нм. расстояние между элементами топологического рисунка на подложке - 7,25 нм. топологически рисунок представим в виде строк длиной 1 см, шириной 14, 5 нм и расстоянием между строками 7,25 нм. тогда предельная плотность пикселей размером 14,5 нм на 1 см 2 будет 3,17-ю 11 штук на см 2 . предельная частота модуляции струи по времени - 3,45-10 9 гц, предельная частота строк в кадре - 4,6-10 5 гц. скорость развертки кадра или скорость движения подложки относительно струи время нанесения рисунка на 1 см 2 составит 1 ,5 мин. тогда кремниевая пластина диаметром 30 см будет обрабатываться в течение 17 часов.
для существующих серийных установок 65 нм литографии тwiпsсап XT:1250 скорость обработки составляет 114 пластин в час.
учитывая, что у нас разрешение на порядок выше, соответственно, плотность упаковки выше на два порядка. если сравнивать количество элементов, расположенных на поверхности, то проигрыш по производительности составляет порядка 20 раз. по числу же обрабатываемых пластин проигрыш составляет порядка 2000 раз. однако себестоимость самой установки будет меньше в 20-100 раз.
преимущества предлагаемой установки:
• отсутствие фотошаблона - шаблон храниться в памяти компьютера.
• сокращение числа технологических операций по нанесению фоторезистов на подложку.
• сокращение числа операций контроля по технологическому маршруту.
• уменьшение влияния человеческого фактора из-за уменьшения длительности маршрута.
• уменьшение площади сверхчистых помещений.
• уменьшения числа слоев на подложке за счет упрощения элементной базы.
• резкое уменьшение себестоимости установки по сравнению EUVL установками
• возможность изготовления масок для EUVL установок.
• возможность изготовления масок для нанопечати.
• возможность использования установки в качестве микроскопа высокого разрешения для диэлектрических и проводящих объектов без их разрушения.
литература
1. P. сейсян. нанолитография сбис в экстремально дальнем вакуумном ультрафиолете (обзор). журнал технической физики, 2005, том 75, вып.5
2. Yопg сhеп,. Dоuglаs AA оhlbеrg, хuеmа Li, Duпсап R. Stеwаrt аt аl. Nапоsсаlе mоlесulаr-switсh dеviсеs fаbriсаtеd bу imрιϊпt lithоgrарhу. аррliеd рhуsiсs Lеttеrs маrсh 10, 2003 - Vоlumе 82, Issuе 10, рр. 1610-1612.
3. ilуапоk, а.м. (2003) Quапtum-Sizе еlесtrопiс Dеviсеs апd ореrаtiпg сопditiопs тhеrеоf. US раtепt 6,570,224,B1
4. моsеlеr M. апd Lапdmап U., Fоrmаtiоп, Stаbilitу, апd вrеаkuр оf Nапоjеts, Sсiепсе 2000 289: 1165-1169.
5. еggеrs J., Dупаmiсs оf liquid папоjеts, рhуs. Rеv. Lеtt. 89, 084502 (2002)
6. тimоshсhепkо IA, Ilуапоk а.м. Fоrmаtiоп оf папоjеt оf rаdiсаls fоr папоlithоgrарhу рurроsеs. Iпtеrпаtiопаl сопgrеss оf Nапоtесhпоlоgу. Nоvеmbеr 1-3, 2005. Sап Frапсisсо.
7. бункин H.ф., лобеев а.в. фрактальная структура бабстонных кластеров в воде и водных растворов. письма жтф. 1993, т.58, выπ.1 , cтp.91.
8. механика разрушения жидкости. сборник научных трудов института гидродинамики. новосибирск. вып.104. 1992 г., стр.19, 22, 26.
9. болога M. к. работает пустота. кишинев: штиинца. 1985 г., стр. 18. 10. тимощенко и.а. конструирование векторных световых пучков в свободном пространстве. IV международная конференция молодых ученых и специалистов «Oптикa 2005» 17-21 октября 2005. санкт-петербург.