Nanolitográfia

A nanolitográfia nanotechnológiai eljárások egy csoportjának összefoglaló neve, amelyek nanoméretű objektumok, például nanoszerkezetek és az azokat befoglaló elektromechanikai eszközök előállítására alkalmazhatók. Az ilyen eljárások jellemzően egy maszkon át történő besugárzással, vagy a felület közvetlen módosításával, illetve szelektív felületkezeléssel történnek. Egyes típusait soros (egymás után történő), másokat párhuzamos (egyszerre több azonos szerkezetet kialakító) módban végzik. A kifejezés a litográfiával azaz a kőnyomattal köthető analógia alapján terjedt el a mikro- és a nanotechnológia nemzetközi szaknyelvében.

Igen sokféle litográfiás eljárást ismerünk nanoszerkezetek előállítására, és továbbiak állnak kutatás alatt. A fejlesztések hajtóereje elsősorban a miniatürizálás iránti félvezetőipari igény, de szerepe az alapkutatásban, illetve újfajta, az anyag alapvető építőkövekből való építésével kapcsolatos anyagtudományi kutatásokban is fontos.

A processzorgyártásban, és más félvezetőipari eljárásokban alkalmazott fotolitográfia széles körben elterjedt, de az egyre kisebb vonalszélességű alkalmazásoknál már láthatók ennek a felbontásbeli határai. Az optikai eljárások diffrakciós határának átlépésére számos módszert igyekeznek kifejleszteni. E téren egyelőre nagy áttörés nem történt, de azt sokan a következő évtizedekre várják.

Fotolitográfia

A fotolitográfia segítségével egy maszk mintázatát vetítik le a mintadarabon található fényérzékeny fotoreziszt bevonatra, melyet ezután nanoszerkezetek előállítására használnak. A maszk levilágítása során a fotoreziszt szelektíven módosul a mintázat szerint, melyen ezután kémiai vagy fizikai reakciók segítségével a maszkról leképezett mintázat alakítható ki. A nanoeszközök előállítása során gyakran sok ilyen lépést végrehajtva alakíthatók ki összetett térbeli formájú elrendezések.

Lépései

A folyamat főbb lépései:

1. A mintadarab felületén fényérzékeny fotoreziszt-bevonatot alakítanak ki pl. spin-coating eljárással.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. A fenti lépéseket más eljárások követhetik: marás, porlasztás, rétegleválasztás stb. illetve további litográfiás lépések.

Flash-memória méretskálázódásának trendje. A 2000-es évek elején érte el a 100 nm nagyságrendjét egy NAND-kapu mérete

Elektronsugaras litográfia

A fotolitográfia felbontóképessége egy bizonyos méret (~100 nm) alá a gyakorlatban nehezen csökkenthető. Alternatív megoldásként alkalmazható az elektronsugaras litográfia, melyben fény (azaz fotonok nyalábja) helyett elektronnyalábot alkalmaznak a fotoreziszt lakk exponálására. Az elektron de Broglie-hullámhossza jóval kisebb, mint a fotoné, így ez a fény diffrakciós korlátja alatt is alkalmazható. A fókuszált elektronsugaras módszerrel tipikusan 20 nm-es felbontás érhető el. Azonban mivel ez soros módszer (a nyalábbal a teljes mintázatot végig kell pásztázni), ipari alkalmazása nem praktikus, inkább laboratóriumi eljárásokhoz, vagy fotolitográfiai maszkok készítésére alkalmazzák.

Fejlesztés alatt álló technikák

• Többfoton-litográfia
• Nanoimprint-eljárás
• Molekuláris önszerveződés
• Lágy litográfia
• Magnetolitográfia
• Röntgenlitográfia
• Ionsugaras litográfia
• Protonsugaras litográfia
• Pásztázószondás litográfia, mártótollas litográfia

Források

Szakkönyvek

• Bucknall, David (2005). Nanolithography and patterning techniques in microelectronics. Cambridge Boca Raton, FL: Woodhead Pub. CRC Press. ISBN 978-1-84569-090-8.
• Mahalik, N. P. (2006). Micromanufacturing and nanotechnology. Berlin New York: Springer. ISBN 978-3-540-25377-8. {{cite book}}: Cite has empty unknown parameter: |subtitle= (súgó)
• Bhushan, Bharat (2010). Springer handbook of nanotechnology. Berlin: Springer. ISBN 978-3-642-02525-9. {{cite book}}: Cite has empty unknown parameter: |subtitle= (súgó)
• Feldman, Martin (2014). Nanolithography : the art of fabricating nanoelectronics, nanophotonics and nanobiology devices and systems. Oxford: Woodhead Publishing. ISBN 978-0-85709-500-8.
• Ramsden, Jeremy (2016). Nanotechnology : an introduction. Oxford: Elsevier/William Andrew. ISBN 978-0-323-39314-0. {{cite book}}: Cite has empty unknown parameter: |subtitle= (súgó)
• Cui, Zheng (2016). Nanofabrication : principles, capabilities and limits. Switzerland: Springer. ISBN 978-3-319-39361-2.

Szakfolyóirat-cikkek

• Chang, T. H. P. (1975). "Proximity effect in electron-beam lithography". Journal of Vacuum Science and Technology. 12 (6). American Vacuum Society: 1271–1275. doi:10.1116/1.568515. Hozzáférés: 2017. április 20..
• Pease, R. F. W. (1981). "Electron beam lithography". Contemporary Physics. 22 (3). Informa UK Limited: 265–290. doi:10.1080/00107518108231531. Hozzáférés: 2017. április 20..
• Chou, Stephen Y (1996. április 5.). "Imprint lithography with 25-nanometer resolution" (PDF). Science. 272 (5258). Washington: 85–87. Hozzáférés: 2017. április 20.. {{cite journal}}: Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (súgó)
• Chou, Stephen Y. (1996). "Nanoimprint lithography" (PDF). Journal of Vacuum Science and Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. 14 (6). American Vacuum Society: 4129. doi:10.1116/1.588605. Hozzáférés: 2017. április 20..
• Xia, Younan; Whitesides, George M. (1998). "SOFT LITHOGRAPHY" (PDF). Annual Review of Materials Science. 28 (1). Annual Reviews: 153–184. doi:10.1146/annurev.matsci.28.1.153. Hozzáférés: 2017. április 19..
• Vieu, C.; Carcenac, F.; P{\'e, A. (2000). "Electron beam lithography: resolution limits and applications" (PDF). Applied Surface Science. 164 (1–4). Elsevier: 111–117. doi:10.1016/s0169-4332(00)00352-4. Hozzáférés: 2017. április 20..
• Pease, R.F.; Chou, S.Y. (2008). "Lithography and Other Patterning Techniques for Future Electronics". Proceedings of the IEEE. 96 (2). Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE): 248–270. doi:10.1109/jproc.2007.911853. Hozzáférés: 2017. április 20..

Ismeretterjesztő weblapok

• "STM nanolitográfia". MFA Nyári Iskola Középiskolásoknak | alag3.mfa.kfki.hu. Hozzáférés: 2017. április 19..
• Havancsák Károly. "A nanovilág tudománya és technológiája" (PDF). Hozzáférés: 2017. április 19..