---

В последнее время понятие "нанотехнологии" стало очень модным. Слышно много рассуждений о перспективах нанотехнологического процесса, о путях применения нанотехнологий, но до сих пор нерешенными остаются две проблемы: что есть конечный продукт нанотехнологий и как организовать производство нанотехнологических устройств. Для этих вопросов в России разработана целая государственная программа развития нанотехнологий. По поводу процесса единного решения не существует. Масса университетов и лабораторий по всему миру занимается их разработкой и адаптацией. Попробуем дать описание оборудования для производства нанотехнологических устройств, которое предлагают наши поставщики и партнеры (Suss MicroTec, NIL Technology).



Для нанотехнологического процесса характерна прямая зависимость роста инвестиций от уменьшения разрешения структуры. Если для производства структур около 0,6-0,8 микрон достаточна установка контактной литографии (например, SUSS MJB4) стоимостью от 150 тысяч евро, то для производства структур около 200 нанометров потребуется наностеппер стоимостью около 10 миллионов евро. Стоимость же оборудования для производства 45-нанометровых структур потребуется EUV-степпер (работающий на жестком ультрафиолете с длиной волны 13,5 нм) стоимостью до 100 миллионов евро. Такие деньги может себе позволить либо крупные мировые корпорации (например, Intel), либо единичные государственные университеты. Существует ли другой способ получения нанометровых структур отличного качества при меньших вложениях?

Да, существует. Технология наноимпринта позволяет получить структуры от 50 до 100 нанометров при гораздо меньших вложениях. Можно с уверенностью сказать, что для большинства задач по созданию наноструктур именно наноимпринт станет основной технологией, так как обеспечивает высокое качество и гибкую адаптацию к процессу при значительно меньших вложениях.

Наноимпринт-литография (NanoImprint Lithography - NIL) и ее вариации базируются на принципе механического модифицирования полимерной пленки при помощи стемпера (наношаблона), с последующей термомеханической обработкой (горячее тиснение) либо обработкой ультрафиолетом.

Полученная пленка может быть использована как непосредственно конечная структура, так и для последующих шагов как наношаблон, для взрывной литографии (lift-off), как шаблон для формирования 3D-структур.

При каких условиях происходит сам процесс?

УФ наноимпринт-литография компантная температура УФ-прозрачный стемпер Низкое усилие при контакте Предпочтителен вакуум

Горячее тиснение Температура больше температуры стеклования Высокое усилие при контакте Предпочтителен вакуум

УФ наноимпринт-литография

Распределение резиста/полимера по пластине Совмещение пластины со стемпером (может и не применяться в зависимости от процесса) Стемпер входит в жидкий резист Резист полимеризируется или затвердевает под воздействием ультрафиолета Стемпер отходит Дальнейшие процессы зависят от задач пользователя(например, перенос шаблона на пластину травлением и т.п.)

Горячее тиснение

Распределение полимера по пластине Совмещение пластины со стемпером (может и не применяться в зависимости от процесса) Нагрев подложки и стемпера до температуры выше стеклования Создание вакуума (может и не применяться в зависимости от процесса) Применение давления Температура опускается ниже стеклования Отход стемпера

Стоит отметить, что существует т.н. "альтернативная" наноимпринт-литография, представляющая из себя перенос полимеров и резистов с помощью "выпачканного" стемпера. Однако применение этой технологии сильно ограничено вследствие неаккуратного формирования структуры, сложностей с точным применением усилия при контакте , а также прилипанием резиста к стемперу во время его отхода.



Какие же ограничения существуют при применении традиционной наноимпринт-литографии? В первую очередь это компромисс между размером стемпера и его материалом. В соответствии со стандартами SEMI, существуют допуски для плоскостности держателя стемпера (менее 2 микрон), держателя пластин/подложек (менее 2 микрон), самой подложки (менее 10 микрон). Таким образом, если принять, что все они удовлетворяют стандарту в минимальной степени, разброс может достигать 14 микрон, что неприемлемо много. Существует два способа решения проблемы: сократить размер стемпера с целью уменьшения его "разбега" по площади и изменить материал стемпера на более гибкий.

Мягкий материал стемпера или жесткий?

Мягкий стемпер из полидиметилсилоксана (PDMS) размером до размера пластины	Жесткий стемпер из кварцевого стекла размером до 1 дюйма
УФ-прозрачный Легок в производстве Низкая стоимость НО: деформируется из-за мягкости минимальный размер структуры ограничен 100 нанометрами	Лучшее разрешение до 10 нанометров Нет деформации Длительный период эксплуатации Наноимпринт на больших площадях требует пошаговых процессов

Способ нанесения резиста/полимера на пластину: центрифугой или покапельно?

Центрифугой

Преимущества

• Простая технология получения тонких и равномерных пленок 

Недостатки

• Для получения тонкой остаточной пленки с одинаковой толщиной стемпер должен иметь одну периодическую структуру по всей площади наноимпринта

• НО: стемперы с большой площадью обычно содержат периодические структуры

Почему же не сделать несколько маленьких стемперов на гибкой основе, которые с одной стороны, будут адаптироваться к подложке, с другой в них не будет большой разницы по высоте? В этом случае резист будет выдавливаться в промежутки между стемперами, создавая нежелательную "фальшивую" структуру. Поэтому в процессе исследований производства от этого пути отказались

Покапельное нанесение

Преимущества

• Экономия резиста
• Более точная и аккуратная структура

Недостатки

• Необходима специальная технология нанесения, а также специальные марки резистов
• Объем необходимого резиста может быть предварительно подсчитан

Что же в итоге? Центрифугирование больше подходит для одиночных импринтов из-за большой равномерности на всей площади пластины, что позволяет применять большие стемперы на повторяющихся структурах и малые стемперы на любой сложности структурах. Капельное нанесение больше подходит для пошаговых процессов при максимальном контроле расходуемого резиста/полимера.

Решения по оборудованию для наноимпринт-литографии

Самые недорогие решения укладываются в сумму около 250 тысяч евро. Для УФ-наноимпринта мы можем предложить установку совмещения SUSS MA6 со специальной оснасткой, в которой можно контролировать все параметры процесса: давление, дистанцию, скорость, параллельность, время засветки и т.п. Также предлагаются приставки к установкам MJB4 и MA8, с помощью которых возможны и фотолитографические процессы, и наноимпринт. На MA8 последнего, третьего поколения, позволяет получать 100-нанометновые структуры на площади пластины до 150 мм за один оттиск!

SUSS MA6

На SUSS MA6 возможно производство 50-нанометровых структур отличного качества. Установка также позволяет добиться и меньшего разрешения при идеальных условиях чистой комнаты. При тестах были использованы стемперы производства датской компании "NIL Technology", выпускающей широкий их спектр и, конечно, предлагаемый нашей компанией.

Предложенный комплект оборудования годится как для НИОКР, так и для массового производства нанотехнологических микросхем по наноимпринт-технологии. При этом стоимость предложенного оборудования значительно (в 20 раз) ниже, чем у степперов жесткого ультрафиолета, что не только значительно снижает себестоимость конечного продукта, но и обеспечивает относительно не затратный способ внедрения нанотехнологий на предприятии.