Ez a lap egy ellenőrzött változata
| Nanotechnológia Nanolitográfia és egyéb kapcsolódó eljárások |
|---|
 |
Rétegleválasztás:Vékonyréteg-leválasztás,Kémiai gőzfázisú leválasztás,Atomi rétegleválasztás,Fizikai gőzfázisú leválasztás,Katódporlasztás,Vákuumpárologtatás,Impulzuslézeres leválasztás Felületmódosítás:Fókuszált ionnyalábos porlasztás,Reaktívion-marás, |
| Szakterületek |
Anyagtudomány,Szilárdtestfizika,Atomfizika,Mezoszkopikus fizika,Felületfizika,Félvezetők |
| Alapjelenségek |
Nanoszerkezet,Kvantumbezárás,Van Hove-szingularitás,Kétdimenziós elektrongáz,Ballisztikus vezetés,Önszerveződés,Alagúthatás |
| Eljárások |
Nanolitográfia,Atomerő-mikroszkóp,Pásztázó alagútmikroszkóp,Pásztázó elektronmikroszkóp,Transzmissziós elektronmikroszkóp,Mágneses magrezonancia |
 AWikimédia Commons tartalmazNanotechnológia témájú médiaállományokat. |
 | Nem tévesztendő össze a következővel:Litográfia. |
Amikro- ésnanotechnológiában, illetve afélvezetőiparban afotolitográfia egy olyan gyártási eljárás, melyet példáulmikroprocesszorok, és egyéb félvezető eszközök gyártására alkalmaznak. Az eljárás segítségével rendkívül kis méretű elektronikusáramkörök készíthetők: az így készült vezetők vastagsága mindössze néhány tíz nanométer; ez az úgynevezett „csíkszélesség”. Minimális csíkszélességnek nevezzük a kialakítható legkisebb alakzat méretét ez az ún. MFS (Minimal Feature Size).
Az eljárás során a félvezető felületére felvitt speciális rétegen maszkot alakítanak ki, mely fény hatására eltávolíthatóvá válik, ezáltal a félvezetőn bizonyos miniatűr struktúrát hátrahagyva. Az így kialakított maszk bizonyos részeket elszigetel, másokat elérhetővé tesz más technológiai eljárások számára. A mikroprocesszorok gyártása során számos ilyen, néhány tized mikrométer vastag réteg kerül egymás fölé, igen bonyolult áramköri struktúrát kialakítva ezzel.
A régebbi, kisebb integráltsági fokú eszközöknél a megvilágításra egyszerű fénysugarakat használtak, mivel azonban az alkalmazotthullámhossz határt szab a kialakítható szerkezet méretének, a nanoméretekhez közelítve újabban a megvilágítást speciális optikai eszközökkel,lézerrel,röntgensugarakkal végzik. A fotolitográfa módosulatai azelektron- ésionsugarakkal működő litográfiás berendezések is, melyek alkalmazásával az elérhető legkisebb csíkszélesség elméletileg 5 nm körül van, melyet a becslések szerint (lásd még:Moore-törvény)2020-ra érnek el. Ez alatt a méret alatt technológiaváltásra lesz szükség.
A fotolitográfiai folyamat különféle mintázatokkal való megismétlése során bonyolult rétegszerkezetek alakíthatók ki. Egy fotolitográfiai folyamat általában az alábbi főbb lépésekből áll:[1]
A hordozó, amin az eszközök kialakításra kerülhetnek, szennyezett lehet. A szerves és szervetlen szennyezők eltávolítására a moderntisztatéri félvezetőipari üzemekben sztenderd eljárásokat alkalmaznak, ilyen például a Radio Corporation of America üzemeiben kidolgozott RCA tisztítási eljárás. Az alkalmazott vegyi tisztítási és marási lépések az alkalmazástól is függnek. Egyes esetekben a szennyezőkön kívül a natív felületi oxidréteg eltávolítására is szükség van.
Arétegleválasztási lépésekhez a szilíciumlapkákat gyakran 150 °C-ra melegítik, melynek célja a felületre adszorbeálódott páracseppek elpárologtatása.[2]
A mintadarab felületén fényérzékeny fotoreziszt-bevonatot alakítanak ki például spin-coating eljárással, azaz a mintát forgatva az oldószerben oldott, folyékony, viszkózus rezisztanyagot lecseppentik, kiszárítják. A minta forgatása az egyenletes rétegvastagság, és a száradási foltok elkerülése végett lényeges. A 30–60 másodperces folyamat során 0,5–2,5 µm vastagságú réteg képződik, melynek egyenetlensége tipikusan nem haladja meg a 10 nm-t. A rétegvastagságot befolyásolni lehet a forgatás sebességével, az oldott reziszt összetételével illetve a forgatás időtartamával. A rezisztréteg helyes kialakításakor figyelembe kell venni, hogy milyenek lesznek az eszköz kívánt végső mintázatai: apróbb, finomabb részleteket tartalmazó áramkörök esetén a szóródási jelenségek miatt vékonyabb rezisztet alkalmaznak, hogy elkerüljék a mintázat elmosódását.
A mintadarab fölé elhelyezik a fotomaszkot, mely a kívánt mintázat szerint lett kialakítva: tipikusan olyan vékony szűrő, mely bizonyos helyeken átengedi a nyalábot, máshol pedig nem.
Ezt követi az expozíció, mely során a maszkon át szelektíven megvilágítják a mintadarabot. A fotoreziszt a nyalábra érzékeny, így ahol fény érte, kémiai jellemzői megváltoznak.
A levilágított fotorezisztet kémiai vagy fizikai kezelésnek vetik alá, melyben az például szelektíven kioldódik. A rezisztet pozitívnak vagy negatívnak nevezik aszerint, hogy ettől a kezeléstől az exponált területek oldódnak-e le, vagy épp azok maradnak a felületen.
A fenti lépéseket más eljárások követhetik: marás, porlasztás,rétegleválasztás, stb. illetve további litográfiás lépések.
A leképező nanolitográfia során az expozíció során a maszkot optikai rendszeren át világítjuk meg, majd a maszk ábráin diffraktálódik, és a minta tetején levő fotorezisztben képeződik le. A maszk és a minta távolsága a hullámhosszhoz képest ekkor igen nagy, ezértFraunhofer-diffrakciós, azaz távoltéri közelítést alkalmazhatunk. Ebben a közelítésben a felbontás alsó határát aRayleigh-feltétel adja meg, mely szerint
,
ahol d a felbontás, a használt fény hullámhossza, NA pedig a leképezőrendszernumerikus apertúrája. A felbontás javítására alapvetően kétféle lehetőség van a fenti egyenlet szerint. A felbontás javul, ha
A fotolitográfia fényforrása látható fény volt. A 2000-es évek közepére azonban a vonalszélesség elérte a 100 nanométeres nagyságrendet, így további csökkentéséhez szükségessé vált a forrás hullámhosszának látható tartomány alá csökkentése. Azultraibolya-tartományba eső forrással működő eszközöket már az ipari gyakorlatban is elterjedten alkalmazzák, és folyik az ennél még rövidebb hullámhosszú, például röntgennyalábos eszközök fejlesztése.
Problémát jelent, hogy az ultraibolya-sugárzás a hagyományos optikai eszközöket károsítja, az optikai üvegek áteresztése igen lecsökken az UV-tartományban. Emiatt más anyagok, példáulCaF2 anyagú lencséket kell használni, melykettős törő tulajdonsága miatt viszont egyéb nehézségekhez vezet.[3] Kb. 157 nm alatti hullámhosszú fény esetén már ezen eszközök sem alkalmazhatók, lencsék helyett csak tükröket lehet alkalmazni, az optikai rendszer tervezése igen összetett feladat.[4]
Ahogy a hullámhosszat csökkentik, úgy kell időről-időre újítani a reziszt kutatását is, ugyanis adott fotoreziszt csak adott hullámhosszúságú fénnyel működik. Továbbá vannak hullámhosszfüggő diffrakciós jelenségek a maszk levilágításakor, például a maszkon való fényelhajlás és a fotorezisztproximity-effektusa.[5]
Nagyobb vastagságú minta esetén számottevő hatást jelenthet amélységélességből adódó pontatlanság. A kis mélységélesség azt jelenti, hogy a fókuszpont körül kis magasságban lesz a levilágítás leképezése éles, azaz a fókuszsíkhoz képest túl mélyen vagy túl magasan levő síkokban a maszk leképezett mintázata elmosódik.[5]
Fizikaportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap
