This is Science: 3D електронна літографія в маси

Технології 09 січня 2025

Електронною літографією нині не здивуєш нікого, їй пророкують досить успішне майбутнє в мікроелектроніці. Навіть РосНано планує до закупівлі електронно-променеву літографію Mapper. А як на рахунок матеріалів - що стане основою фоторезиста майбутнього?

Повний список опублікованих статей This is Science на GeekTimes:

Іонно-променева літографія, в узагальненому сенсі цього слова, рано чи пізно повинна прийти на заміну традиційної фотолітографії, оскільки володіє незрівнянною роздільною здатністю і точністю створення набоїв за рахунок використання частинок (іонів або електронів) з дуже короткою довжиною хвилі (менше 1 Ангстрема або 0.1 нм). До того ж, це метод прямого створення паттерів і схем, що не вимагає розробки дорогих масок (ціна яких може доходити до сотень тисяч доларів за штуку), як у випадку з фотолітиографією.

Наприклад, на представленій схемі фотолітографічного процесу, в разі іонно-променевої літографії ми сміливо можемо виключити маску на стадії номер 3:

Однак у світі капіталізму все вирішують гроші, в тому числі вартість обладнання і сировини - звичайно ж і фоторезиста, який витрачається у великих обсягах, так як самий звичайний чіп може містити від десятка найрізноманітніших шарів. І фактично саме фоторезист відповідає за те, з якою точністю патерн буде відтворений на підкладці.

Отже, група китайських вчених з Канади запропонувала спосіб використання вкрай дешевого полістиролу в якості фоторезиста в електронно-променевій літографії, дозволяючи створювати 3D об'єкти до 1.5 мікрон висотою при надзвичайно малій товщині (нижче сотні нанометрів).

Зазвичай в електронній літографії використовується полімер полідіметилоксан (PDMS), проте вчені знайшли спосіб, як замінити його на більш дешевий полістирол (ринкова вартість приблизно в 2 рази нижче). При цьому підвищується чутливість, а разом з нею і продуктивність всього методу в цілому, оскільки потрібно менше часу на створення одного «пікселя».

Суть запропонованого методу полягає в тому, що полістирол наноситься на підкладку за рахунок термічного випаровування, а потім після впливу електронного пучка експоновану область можна легко розчинити сумішшю ксилолів. Внаслідок чого утворюється порожнина, яка в наслідок може бути заповнена різними матеріалами: алюмінієм (для створення контактів), діоксидом кремнію (для створення хвилеводів або ізолюючих площин) і так далі.

Приклади набоїв, отриманих на полістиролі за допомогою електронно-променевої літографії

До того ж, при бажанні можна одночасно «малювати» на вигнутих поверхнях і навіть створювати хвилеводи на таких поверхнях:

За допомогою електронного пучка можна друкувати фактично на будь-якій поверхні, створюючи складні патерни

Таким чином, сукупність властивостей: низької собівартості, малої дози або короткого часу експонування, поєднаної з можливістю створювати патерни на вигнутих поверхнях, - фактично роблять полістирол затребуваним на зароджуваному ринку електронної промислової літографії.

Оригінальна стаття в ACSNano (DOI: 10.1021/nn4064659)