Подобно тому, как производственные технологии играют важнейшую роль в различных областях, технология нанофабрикации занимает ключевое место в сфере нанотехнологий. Технология нанофабрикации включает в себя множество методов, в том числе механическую обработку, химическое травление, обработку энергетическим лучом и создание электрического поля на алюминиевых поверхностях с помощью сканирующей туннельной микроскопии (СТМ).
Единого определения технологии нанофабрикации пока не существует; обычно нанофабрикацией называют обработку материалов с размерами менее 100 нм, а также обработку с шероховатостью поверхности на нанометровом уровне. Нанофабрикация относится к обработке деталей, где точность размеров, точность формы и шероховатость поверхности находятся на нанометровом уровне.
Следующие технологии обработки позволяют достичь наноразмеров:
Методы механической обработки наноразмерных материалов включают сверхточную резку одноточечными инструментами из монокристаллических алмазов и КНБ, сверхточную многоточечную абразивную обработку шлифовальными инструментами из алмазов и КНБ, а также обработку свободным абразивом или механохимическую композитную обработку, такую как шлифовка, полировка и обработка упругой эмиссией.
В настоящее время сверхточная резка с помощью одноточечных алмазных инструментов позволяет получать в лабораториях стружку толщиной до 3 нм, а наноразмерное шлифование достигается с помощью технологии вязкого шлифования. Субнаноразмерное удаление может быть достигнуто с помощью таких процессов, как обработка упругой эмиссией, что приводит к шероховатости поверхности на уровне ангстрема.
Энерголучевая обработка - это особый метод обработки, при котором для удаления материалов заготовки используются энергетические лучи высокой плотности, такие как лазерные, электронные или ионные лучи. В основном это обработка ионным лучом, обработка электронным лучом и обработка световым лучом.
Электролитическая струйная обработка, электроэрозионная обработка, электрохимическая обработка, молекулярно-лучевая эпитаксия, физико-химическое осаждение паров также относятся к энерголучевой обработке. Удаление напыления, осаждение и обработка поверхности с помощью ионного пучка, а также травление с помощью ионного пучка также являются направлениями исследований и разработок в области наноразмерной обработки.
По сравнению с резанием твердым инструментом, положение и скорость обработки при обработке ионным лучом трудно определить. Для достижения наноразмерной точности обработки необходимы субнаноразмерная система обнаружения и замкнутая система регулировки положения обработки.
Электронно-лучевая обработка удаляет атомы с поверхности проникающего слоя в виде тепловой энергии, которая может быть использована для травления, фотолитографического воздействия, сварки, микрообработки, наноразмерного сверления и фрезерования.
В начале 1999 года были последовательно запущены машины для глубокой ультрафиолетовой (DUV) литографии, предназначенные для процессов 0,18 мкм. Так называемые технологии литографии следующего поколения (NGL), используемые для замены оптической литографии после 0,1 мкм, в основном включают литографию в экстремальном ультрафиолете, рентгеновское излучение, электронный луч и ионный луч. Ниже приводится краткое описание прогресса различных технологий литографии.
Оптическая литография проецирует структурные схемы крупномасштабных устройств интегральных схем на маске на кремниевую пластину, покрытую фоторезистом, с помощью оптической системы. Минимальный размер элемента, которого можно достичь с помощью оптической литографии, напрямую зависит от разрешения, которое может обеспечить система оптической литографии, а уменьшение длины волны источника света является наиболее эффективным способом повышения разрешения.
Поэтому разработка новых литографических машин с коротковолновым источником света всегда была актуальной темой международных исследований.
В настоящее время длина волны источника света коммерческих литографических машин перешла из ультрафиолетового диапазона ртутных ламп в глубокий ультрафиолетовый диапазон (DUV), например, эксимерный лазер KrF (длина волны 248 нм), используемый для технологии 0,25 мкм, и эксимерный лазер ArF (длина волны 193 нм), используемый для технологии 0,18 мкм.
Кроме того, использование интерференционных характеристик света и оптимизация параметров процесса с помощью различных технологий волнового фронта также является важным способом повышения разрешения литографии. Эти технологии являются прорывом, достигнутым благодаря глубокому анализу экспозиционной визуализации на основе электромагнитной теории и практики литографии, включая фазосдвигающие маски, технологию внеосевой подсветки и коррекцию эффекта близости.
Используя эти технологии, можно добиться более высокого разрешения литографических рисунков при современном уровне развития техники. Например, в начале 1999 года компания Canon выпустила сканирующий степпер FPA-1000ASI, в котором используется 193-нм источник света ArF.
Технология волнового фронта позволяет достичь ширины литографической линии 0,13 мкм на 300-миллиметровой кремниевой пластине. Технология оптической литографии включает в себя литографические машины, маски, фоторезисты и ряд технологий, затрагивающих оптику, механику, электричество, физику, химию, материалы и другие области исследований.
В настоящее время ученые исследуют возможности литографии с помощью лазера F2 (длина волны 157 нм) с более короткой длиной волны. Из-за высокого уровня поглощения света получение новых оптических материалов и материалов подложек масок для литографических систем является основной трудностью технологии с этой длиной волны.
В экстремальной ультрафиолетовой литографии (EUVL) в качестве источника света используется экстремальный ультрафиолетовый свет с длиной волны 10-14 нм. Хотя изначально этот метод называли мягкой рентгеновской литографией, он больше похож на оптическую литографию. Разница заключается в том, что из-за сильного поглощения в материале его оптическая система должна быть отражающей.
Рентгеновская литография (XRL) использует длину волны источника света около 1 нм. Поскольку она позволяет получать изображения с высоким разрешением, рентгенолитография получила широкое признание с момента ее изобретения в 1970-х годах. Страны, располагающие устройствами синхротронного излучения, такие как Европа, США, Япония и Китай, последовательно проводили соответствующие исследования.
XRL является наиболее зрелой среди всех технологий литографии нового поколения. Основная сложность XRL заключается в получении подложки для маски с хорошими механическими и физическими свойствами. В последние годы в технологии изготовления масок был достигнут значительный прогресс. Карбид кремния (SiC) является наиболее подходящим материалом для подложки.
Хотя XRL больше не является единственным кандидатом в будущие технологии благодаря углубленным исследованиям вопросов, связанных с XRL, развитию оптической литографии и новым прорывам в других технологиях литографии, Соединенные Штаты недавно сократили свои инвестиции в XRL. Тем не менее, XRL остается одной из незаменимых технологий-кандидатов.
Электронно-лучевая литография (ЭЛЛ) использует высокоэнергетический электронный луч для воздействия на фоторезист с целью получения структурной графики. Благодаря длине волны де Бройля около 0,004 нм, ЭЛЛ не подвержена дифракционным ограничениям, что позволяет достичь разрешения, близкого к атомному масштабу. EBL позволяет достичь чрезвычайно высокого разрешения и напрямую генерировать графику.
Это не только незаменимый инструмент для подготовки масок при производстве очень больших интегральных схем (VLSI), но и основной метод обработки устройств и структур специального назначения. Разрешающая способность современных электронно-лучевых экспонирующих машин достигла менее 0,1 мкм. Основным недостатком EBL является низкая производительность - всего 5-10 пластин в час, что намного меньше, чем у современной оптической литографии - 50-100 пластин в час.
Заслуживает внимания технология SCALPEL, разработанная компанией Lucent Technologies в США. Эта технология уменьшает размеры графической маски, как в оптической литографии, и использует специальные методы фильтрации для удаления рассеянных электронов, генерируемых поглотителями маски, что повышает эффективность вывода и обеспечивает разрешение.
Следует отметить, что независимо от того, какая технология литографии будет использоваться в будущем, EBL будет незаменимой инфраструктурой для исследования и производства интегральных схем.
Ионно-лучевая литография (IBL) использует для экспонирования фоторезиста ионы, образующиеся при ионизации жидких или твердотельных атомов, ускоренные и сфокусированные или коллимированные электромагнитным полем. Принцип действия схож с EBL, но длина волны де Бройля короче (менее 0,0001 нм), и у него есть такие преимущества, как небольшой эффект близости и большое поле экспонирования. К IBL в основном относятся литография с фокусированным ионным пучком (FIBL) и ионная проекционная литография (IPL).
FIBL была разработана раньше всех, и в последних экспериментальных исследованиях было достигнуто разрешение 10 нм. Из-за низкой эффективности ее трудно применять в качестве инструмента экспонирования в производстве, и в настоящее время она используется в основном как инструмент для ремонта масок и обрезки специальных устройств в СБИС. Для устранения недостатков FIBL была разработана технология IPL с более высокой эффективностью экспонирования, и в этом направлении был достигнут значительный прогресс.
Процесс литографии-гальваноформовки (LIGA) - это комплексная технология, состоящая из рентгеновской литографии с глубоким синхротронным излучением, гальваноформовки и литья пластмасс. Самым основным и ключевым процессом является литография с глубоким синхротронным излучением, а электроформование и литье пластмасс являются ключевыми для практического применения продуктов LIGA.
По сравнению с традиционными полупроводниковыми процессами технология LIGA имеет множество уникальных преимуществ, таких как широкий спектр используемых материалов, включая металлы и их сплавы, керамику, полимеры и стекло; возможность создания трехмерных микроструктур высотой от нескольких сотен микрометров до одного миллиметра и соотношением сторон более 200; поперечные размеры могут составлять всего 0,5 мкм, а точность обработки может достигать 0,1 мкм; возможность массового тиражирования и производства при низких затратах.
С помощью технологии LIGA можно производить различные микроприборы и микроустройства. Среди успешных или уже выпускаемых продуктов LIGA - микродатчики, микродвигатели, микромеханические детали, интегральная оптика и микрооптические компоненты, микроволновые компоненты, вакуумные электронные компоненты, миниатюрные медицинские инструменты, нанотехнологические компоненты и системы и т.д.
Область применения продукции LIGA охватывает широкий спектр, например, технологии механической обработки, измерительные технологии, технологии автоматизации, автомобильные и транспортные технологии, энергетические технологии, авиационные и аэрокосмические технологии, текстильные технологии, точное машиностроение и оптика, микроэлектроника, биомедицина, экология, химическое машиностроение и др.
Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), изобретенный Биннингом и Бобрером, не только позволяет наблюдать структуру поверхности объектов с разрешением в один атом, но и обеспечивает идеальный путь для наноразмерной обработки на основе атомарных единиц. С помощью технологии STM можно выполнять операции, сборку и переделку на атомарном уровне.
СТМ подводит очень острую металлическую иглу (зонд) к поверхности образца на расстояние около 1 нм. При подаче напряжения возникает туннельный ток. Туннельный ток меняется на порядок величины каждые 0,1 нм. Поддерживая ток постоянным и сканируя поверхность образца, можно определить структуру поверхности.
Туннельный ток обычно проходит через один атом на кончике зонда, поэтому его латеральное разрешение находится на атомном уровне. Технология сканирующей туннельной микрообработки может не только удалять, добавлять и перемещать отдельные атомы, но и выполнять STM-литографию, осаждение и травление, индуцированное электронным пучком, и многое другое.
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
DE 
ES 