This is Science: 3D электронная литография в массы

Электронной литографией нынче не удивишь никого, ей пророчат весьма успешное будущее в микроэлектронике. Даже РосНано планирует к закупке ^[1] электронно-лучевую литографию Mapper. А как на счёт материалов – что станет основой фоторезиста будущего?

Ионно-лучевая литография ^[2], в обобщённом смысле этого слова, рано или поздно должна прийти на замену традиционной фотолитографии ^[3], так как обладает несравнимым разрешением и точностью создания паттернов за счёт использования частиц (ионов или электронов) с очень короткой длиной волны (меньше 1 Ангстрема или 0.1 нм). К тому же, это метод прямого создания паттернов и схем, не требующий разработки дорогостоящих масок (цена которых может доходить до сотен тысяч долларов за штуку ^[4]), как в случае с фотолитографией.

Например, на представленной схеме фотолитографического процесса, в случае ионно-лучевой литографии мы смело можем исключить маску на стадии номер 3:

Однако в мире капитализма всё решают деньги, в том числе стоимость оборудования и сырья – конечно же и фоторезиста, который расходуется в больших объёмах, так как самый обычный чип может содержать от десятка самых разнообразных слоёв. И фактически именно фоторезист отвечает за то, с какой точностью паттерн будет воспроизведён на подложке.

Итак, группа китайских учёных из Канады предложила способ использования крайне дешёвого полистирола в качестве фоторезиста в электронно-лучевой литографии, позволяя создавать 3D объекты до 1.5 микрон высотой при необычайно малой толщине (ниже сотни нанометров).

Обычно в электронной литографии используется полимер полидиметилсилоксан (PDMS ^[5]), однако учёные нашли способ, как заменить его на более дешёвый полистирол ^[6] (рыночная стоимость примерно в 2 раза ниже). При этом повышается чувствительность, а вместе с ней и производительность всего метода в целом, так как требуется меньше времени на создание одного «пикселя».

Суть предложенного метода заключается в том, что полистирол наносится на подложку за счёт термического испарения, а затем после воздействия электронного пучка экспонированную область можно легко растворить смесью ксилолов. В результате чего образуется полость, которая в последствие может быть заполнена различными материалами: алюминием (для создания контактов), диоксидом кремния (для создания волноводов или изолирующих плоскостей) и так далее.

Примеры паттернов, полученных на полистироле с помощью электронно-лучевой литографии

К тому же, при желании можно одновременно «рисовать» на изогнутых поверхностях и даже создавать волноводы на таких поверхностях:

С помощью электронного пучка можно печатать фактически на любой поверхности, создавая сложные паттерны

Таким образом, совокупность свойств: низкой себестоимости, малой дозы или короткого времени экспонирования, совмещённой с возможностью создавать паттерны на изогнутых поверхностях, – фактически делают полистирол востребованным на зарождающимся рынке электронной промышленной литографии.

Оригинальная статья в ACSNano (DOI: 10.1021/nn4064659) ^[7]

Автор: Tiberius

Источник ^[8]