Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени Государственный Технический Университет имени Н. Э. Баумана

ФАКУЛЬТЕТ: Машиностроительные Технологии

КАФЕДРА: “Электронные технологии в

машиностроении”

Реферат

На тему: «Технология наноимпринтной литографии»

Студент: Кузищева Д.М.

Группа: МТ11-81

Москва 2015г

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1 Основные методы НИЛ 3

1.1 Технология УФ-НИЛ 5

2. Установки УФ-НИЛ 7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 10

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы стандартная литография достигла пределов своих возможностей - влияние дифракционных эффектов, искажающих получаемые структуры, усложнение проекционной оптики, повышение точности изготовления масок для создания ещё меньших элементов и, как следствие, существенное удорожание и без того недешевого оборудования - все эти причины являются препятствием к дальнейшему развитию стандартных систем фотолитографии. На этом фоне все большее развитие получают сравнительно недорогие системы, использующие технологию получения микро- или нано-оттисков. Наноимпринтная литография (НИЛ) – это недорогая технология получения технологического рисунка на больших площадях с высоким разрешением. Наноимпринт-литография (НИЛ) предлагает необычную альтернативу для производства наноструктур. Этот метод был разработан около 15 лет назад и сегодня широко используется как академическими учёными, так и в исследовательских центрах компаний. В 2003 году Массачусетский технологический институт включил НИЛ в список десяти недавно появившихся технологий, которые в будущем способны изменить мир. Уже сегодня целый ряд компаний использует НИЛ в промышленном производстве. Ключевые преимущества НИЛ-технологии – минимальный размер получаемых структур, высокие точность и воспроизводимость при переходе от пластины к пластине и повторяемость по всей их площади.

1. Основные методы НИЛ

Наиболее широко распространены три метода НИЛ – термоконтактная литография, УФ-наноимпринтная фотолитография и микроконтактная печать, они представлены на Рисунке 1.

Рисунок 1. Метода НИЛ

Все эти три метода могут быть использованы для получения элемента размером менее 100 нм. Концепция наноимпринтинта очень проста и во многом напоминает классическую технику горячего тиснения полимеров. При термоконтактной литографии резист из термопластичного полимера наносится на плоскую поверхность подложки и нагревается выше его температуры стеклования (Тс). Затем сверху под давлением опускается жёсткий штамп (шаблон) с микро- или наноразмерным рельефным рисунком. Образец охлаждается ниже Тс полимера, после чего давление снимается. Подвергшаяся такому воздействию полимерная плёнка запечатлевает полную реплику печати. Данная технология представлена на Рисунке 2.

Рисунок 2. Схема термоконтактной НИЛ

При другом подходе используются резист, отверждающийся под действием УФ-излучения, и прозрачный для УФ кварцевый шаблон, что даёт возможность осуществлять процесс «запечатления» (импринтинга) при комнатной температуре, данный метод представлен на Рисунке 3.

Рисунок 3. Схема УФ НИЛ

То же самое происходит при микроконтактной печати, однако технологический рисунок в этом случае формируется методом переноса вещества с мягкого штампа на пластину или подложку.

Вследствие того, что шаблон не может полностью вытеснить полимер, его тонкий остаточный слой всегда остаётся между шаблоном и подложкой. В тех случаях, для которых наличие остаточного слоя нежелательно, он убирается реактивным ионным травлением (РИТ). Конечно, шаблон для НИЛ должен быть предварительно изготовлен каким-либо другим литографическим способом. Однако как только он сделан, его можно многократно использовать для воспроизведения рельефного рисунка шаблона. Процесс НИЛ не требует никаких сложных оптических элементов, поэтому оборудование для производства стоит на порядок меньше, чем в конкурентных методах. Стоит также отметить, что НИЛ была разработана как литографическая техника нового поколения, но она также широко используется как метод создания сложных наноструктур на поверхности.

1.1 Технология УФ-НИЛ

НИЛ-методы получили в настоящее время широкое применение в ряде областей производства электронных компонентов – в полупроводниковых технологиях, оптоэлектронике, биотехнологиях.

УФ-НИЛ – одна из наиболее известных технологий этой группы, используется для получения структур на всей поверхности пластин диаметром до 300 мм. Она сочетает в себе несколько важных особенностей – высокий уровень повторяемости и точность ориентации элементов на пластине, что обеспечивает одновременное нанесение микро- и наноструктур, а также длительный срок службы используемых штампов (шаблонов), поскольку в техпроцессе последние не подвергаются воздействию высоких температур и давления. Как следствие, эта технология является наиболее предпочтительным и сравнительно дешевым решением для научно-исследовательских центров и мелкосерийных производств при создании ими на пластинах структур в нанометровом диапазоне. Для изготовления на пластине масочных структур из УФ-чувствительного фоторезиста в УФ-НИЛ могут применяться два вида штампов – жесткие из кварца и мягкие. Последние вследствие ряда особенностей привлекают сегодня серьезное внимание специалистов.

Любая полупроводниковая пластина не является идеально ровной, поэтому использование жестких штампов для получения отпечатка сразу по всей ее площади невозможно, и максимальный размер используемых в настоящее время кварцевых штампов составляет 25x25 мм. Как следствие, для создания при их помощи рисунка на всей пластине применяется метод последовательного переноса изображения.

Мягкие штампы изготавливают из специального эластомера – полидиметилсилоксана (ПДМС), который способен принимать точную форму поверхности пластины, компенсируя любые ее неровности и, тем самым позволяя наносить рисунок на всю поверхность пластины всего лишь за один отпечаток. Такой метод предпочтительнее, чем метод УФ- НИЛ с жесткими штампами, когда необходимо получать непрерывный рисунок по всей площади пластины, исключающий швы и возможные неточности совмещения двух соседних рисунков, возникающих при использовании метода переноса изображения. В оптоэлектронике, например, при производстве волноводов такие неточности недопустимы.

Для производства мягких ПДМС-штампов в отличие от сложных и дорогих жестких кварцевых штампов, производимых с использованием систем электронно-лучевой литографии и реактивного ионного травления, применяется силиконовый штамп-шаблон, который можно использовать много раз.

Фоторезистивный материал, используемый в УФ-НИЛ, обычно состоит из органического или неорганического компаунда с низкой вязкостью, смешанного с фоточувствительным веществом и разбавленного в нужной пропорции органическим растворителем для достижения при нанесении на центрифуге необходимой толщины фоторезистивного слоя. При этом важно, чтобы ни один из компонентов фоторезиста не вступал во взаимодействие с ПДМС-материалом штампа.

Стандартный УФ-НИЛ процесс состоит из следующих этапов, представленных на Рисунке 3: фоторезист наносится на поверхность пластины или подложки, на которой необходимо получить требуемую структуру (рис.4, а). Структура формируется посредством мягкого ПДМС-штампа, легко изменяющего свою форму под неровности поверхности пластины даже при очень низких усилиях прижима (рис.4, б). Далее проводится прямое экспонирование резиста УФ-излучением сквозь прозрачный штамп (рис.4, в). После отвода штампа (рис.4, г) на пластине остается готовая твердая структура.

Рисунок 4. Технология УФ-НИЛ: а) центрифужное нанесение фоторезиста; б) получение функционального рисунка; в) экспонирование фоторезиста УФ-излучением сквозь прозрачный ПДМС-штамп; г) отвод штампа

Хотя максимальное разрешение процесса составляет менее 50 нм, что показано на Рисунке 5, в настоящее время УФ-НИЛ наиболее широко используется для получения структур с размерами от 20 мкм до 200 нм для создания микрооптических устройств, фотонных и микрожидкостных элементов, широкого спектра всевозможных сенсорных структур.

Рис.5. Структуры с высоким разрешением, полученные при использовании ПДМС-штампа: a) ячеистая структура со стенками толщиной 45 нм; б) радиально расходящиеся из общего центра линии толщиной 41 нм

1. Установки УФ-НИЛ

Примеры УФ-НИЛ систем представлены на Рисунке 6 и Рисунке 7. Для мелкосерийного и опытно-конструкторского производства предназначена установка совмещения и экспонирования EVG620 производства австрийской компании EV Group, оснащенная специальным набором опций.

Система полуавтоматическая, загрузка и выгрузка пластин и штампов осуществляется оператором вручную, а дальнейшие шаги технологического процесса - компенсация клиновидности подложки (непараллельность ее верхней и нижней сторон), совмещение штампа и подложки, получение отпечатка и отвод штампа - выполняются в автоматическом режиме. Эта система предназначена для работы с пластинами диаметром до 150 мм.
На Рисунке 7 представлена полностью автоматическая система EVG IQ Aligner, предназначенная для работы с пластинами диаметром до 300 мм.
Разрешение процесса напрямую зависит от материала используемого штампа. Так, на Рисунке 5 показаны 50-нм структуры, полученные при использовании мягкого ПДМС-штампа.
Хотя максимальное разрешение процесса составляет менее 50 нм, в настоящее время УФ-НИЛ наиболее широко используется для получения структур с размерами от 20 мкм до 200 нм для создания микрооптических устройств, фотонных и микрожидкостных элементов, широкого спектра всевозможных сенсорных структур. На Рисунке 8 представлена полученная методом УФ-НИЛ в слое фоторезиста толщиной 200 нм секция волноводной структуры фотонного кристалла с периодом 400 нм.

Рисунок 8. Волноводная структура фотонного кристалла, изготовленная при использовании мягкого штампа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подытоживая вышесказанное, следует отметить, что НИЛ - это многообещающая технология производства структур на пластинах как микрометрового, так и нанометрового диапазонов. Достоинства УФ-НИЛ, начиная от протекания процесса при комнатных температурах и заканчивая низкими (менее 1 бара) усилиями прижима штампа, позволяют получать структуры с высочайшей точностью и увеличивать производительность используемых УФ-НИЛ-систем. Применяемые мягкие штампы компенсируют неровности и изгибы поверхности пластины и дают возможность наносить рисунок на всю ее поверхность за один технологический цикл, обеспечивая очень высокое разрешение (менее 50 нм) на всей площади пластины.