بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
عنوان: مقدمه ای بر روش نانولیتوگرافی
اسلاید 3 :
مقدمه
امروزه با رشد اکثر صنایع از جمله صنعت میکروالکترونیک (Microelectronic)، ابعاد اجزا در مدارها به طور مداوم در حال کوچک شدن است.
گرایش به کاهش ابعاد مزایایی را از جمله کاهش مصرف مواد اولیه و انرژی، افزایش سرعت و راندمان قطعات الکترونیکی، و کاهش قیمت تمام شده قطعات دارد.
پیشگویی مور (Moor) در دهه 80 میلادی: تعداد ترانزیستورهای موجود در واحد سطح تراشههای نیمههادی هر 18 ماه دو برابر میشود.
یکی از استراتژیهای بالا به پایین در ساخت ابزار نانو، که از تکنیک لیتوگرافی (Lithography) متداول ایجاد شده است، به عنوان نانولیتوگرافی شناخته میشود.
اسلاید 4 :
معرفی لیتوگرافی
لیتوگرافی یک واژه یونانی است که از دو قسمت لیتوس (Lithos) به معنای سنگ و گرافی (Graphia)به معنای نوشتن و حکاکی کردن، تشکیل شده است.
این واژه به صورت حکاکی بر روی سنگ معنی میشود:
شامل تشکیل یک طرح لیتوگرافی از یک الگو روی یک ماده الکترونیک و انتقال آن طرح به مادهای دیگر جهت تولید یک ابزار الکترونیکی یا نوری میباشد.
اسلاید 5 :
تقسیمبندی روشهای لیتوگرافی
با پیشرفت ابزارها و ظهور تکنولوژیهای جدید، تکنیکهای لیتوگرافی به صورت روشهای پیچیده و دقیق تحت عنوان نانولیتوگرافی، برای معماری در ابعاد مولکولی و نانو، برای ساخت مدارهای مجتمع، ابزارهای ذخیره اطلاعات، سنسورهای مینیاتوریزه شده، سیستمهای میکروالکترومکانیک (MEMS) و نانوالکترومکانیک (NEMS) توسعه داده شدهاند؛
تکنیکهای لیتوگرافی بر اساس ابزار مورد نیاز، روش انتقال تصویر و استراتژی الگوگذاری به دو روش تقسیم میشوند:
نوشتن(حکاکی) مستقیم (حکاکی ردیفی (Serial Writing)) و
انتقال طرح با استفاده از ماسک نوری (روشهای تکرار موازی (Parallel Replication))
اسلاید 6 :
تقسیمبندی روشهای لیتوگرافی
روشهای تکرار موازی شامل روشهایی همچون لیتوگرافی نوری، چاپ تماسی و لیتوگرافی مهر نانو میباشد که برای تولید با بازده بالا و در سطح وسیع کاربرد دارند، با این حال .
در این روش نمیتوان طرحها را به صورت دلخواه اعمال کرد.
به عنوان مثال، روش چاپ میکروتماسی یک روش شناخته شده برای انتقال مولکولها از ماده مورد نظر برای ایجاد طرح به زیرلایه، در اثر تماس فیزیکی میباشد.
اسلاید 7 :
تقسیمبندی روشهای لیتوگرافی
روش حکاکی ردیفی، مانند لیتوگرافی پروب روبشی، امکان تولید الگوهای دلخواه را با رزولوشن بالا و ثبت دقیق فراهم میکند، ولی بازده و خروجی محدودی دارد.
لیتوگرافی پروب روبشی (SPL= Scanning Probe Lithography) به تکنیکهای بر پایه SPM(Scanning Probe Microscopy) اطلاق میشود که طرح را بر روی زیرلایه با استفاده از روشهای مختلف مانند خراش، نوشتن و تابش ایجاد میکنند.
ساختار حاصل از این دستکاری (Manipulation)
دارای ابعادی بین 100-10 نانومتر میباشد.
اسلاید 8 :
تقسیمبندی روشهای لیتوگرافی
سه نوع اصلی پروب برای تکنیک SPL وجود دارد:
AFM(Atomic Force Microscopy)
STM(Scanning Tunneling Microscopy)
SNOM(Scanning Nearfield Optical Microscopy)
اسلاید 9 :
تقسیمبندی روشهای لیتوگرافی
با بهبود رزولوشن حاصل از تکنیک لیتوگرافی به حدود چند نانومتر، از این روش برای مشخصه یابی سطوح نیز استفاده میشود.
برای ایجاد الگو روی سطوح نیازمند ابزار و فناوری پیشرفته مانند یک نانو قلم به همراه جوهر مولکولی میباشد.
انتقالات انجام شده با روشهای لیتوگرافی سبب افزایش دما تا بالای 100 درجه سانتیگراد میشود. مواد زیستی در این دما غیرفعال میشوند.
تکنیکهایSPL نیاز به چنین دمایی ندارند و از این رو برای دستکاری مواد زیستی و نرم مناسب میباشند.
اسلاید 10 :
لیتوگرافی نوری
قدیمیترین روش برای ایجاد طرح، لیتوگرافی نوری است؛
لیتوگرافی اشعه ماوراء بنفش:
الگو در یک لایه تصویری ماده مقاوم (Resist)، تشکیل میگردد.
لایه نازکی از ماده مقاوم جامد حساس به نور (2-0/1 میکرون) روی سطح زیرلایهای از جنس نیمههادی (به عنوان مثال ویفر سیلیکونی) شکل میگیرد.
برای متراکم نمودن ماده مقاوم و همچنین خروج حلال باقیمانده، زیرلایه پوشش داده شده با ماده مقاوم تحت یک عملیات حرارتی به عنوان پخت، قرار میگیرد.
اسلاید 11 :
لیتوگرافی نوری
برای ایجاد طرح، مناطقی از ماده مقاوم به صورت انتخابی تحت تابش اشعه قرار میگیرد.
در طی فرآیند تابش، اشعه ماوراءبنفش از میان ماسک نوری (معمولاً از جنس کوارتز) عبور میکند، که این ماسک اجازه عبور نور را بر اساس طرح مدار مورد نظر به ماده مقاوم فراهم میکند.
واکنشهای ایجاد شده در ماده مقاوم در اثر تابش، اتصالات مولکولی را در آن تغییر میدهد.
پس از آن، مجموعه در یک حلال مناسب شستشو داده شده و طرح مورد نظر در اثر فرآیند اچ ایجاد میگردد.
با تکرار این فرآیند امکان تشکیل طرحهای پیچیده روی سطح فراهم میشود.
اسلاید 12 :
لیتوگرافی نوری
مقاومهای تجاری موادی پلیمری هستند که به راحتی روی زیرلایه قرار میگیرند.
این مواد انعطاف پذیر بوده و حساسیت بالایی دارند.
در اثر تابش، وزن مولکولی پلیمر و در نتیجه قابلیت انحلال آن در حلال تغییر میکند.
تغییر حلالیت به علت برش زنجیر (مقاوم مثبت) و یا اتصال عرضی (مقاوم منفی) در پلیمر میباشد.
اسلاید 13 :
لیتوگرافی نوری
در مورد مقاوم مثبت، با برش ایجاد شده در اثر تابش، انحلال افزایش مییابد و در مورد مقاوم منفی، قابلیت انحلال در اثر تابش کم میشود.
PMMA(polymethylmethacrylate) یکی از انواع مقاومهای مثبت میباشد.
مقاومهای منفی رزولوشن و کانتراست کمتری نسبت به مقاومهای مثبت دارند.
مواد مقاوم غیرآلی نیز مانند نمکهای هالید فلزی، اکسیدهای فلزی و اکسیدهای نیمه هادی وجود دارند.
اسلاید 14 :
محدودیت لیتوگرافی نوری
محدودیت ذاتی تکنیک لیتوگرافی در تولید ابعاد مورد نظر، از محدودیت رزولوشن تکنیکهای نوری نشأت میگیرد.
رزولوشن در یک سیستم متناسب با طول موج اشعه استفاده شده است.
حداقل اندازه طرح قابل دستیابی (MFS= Minimum Feature Size) از این رابطه بدست میآید:
در این رابطه K یک عدد ثابت است که به کانتراست و سایر ویژگیهای ماده مقاوم و حساس به نور مورد استفاده وابسته است. λ طول موج تابش و NA سنجش ظرفیت گردآوری نور (Numerical Aperture) است که به صورت سینوس زاویه گردآوری لنز تعریف میشود و مقیاسی از اندازه لنزهای سیستم میباشد.
اسلاید 15 :
توسعه روشهای لیتوگرافی
جهت دستیابی به رزولوشن بالاتر و ابعاد کوچکتر در مقیاس نانو، نیاز است که طول موج نور مورد استفاده کاهش یابد.
تولید ساختارهایی با ابعاد کوچکتر با استفاده از لیتوگرافی حد نهایی اشعه ماوراء بنفش (EUV= Extreme UltraViolet Lithography )، لیتوگرافی اشعه X، لیتوگرافی باریکه الکترونی (EBL= Electron Beam Lithography) ، لیتوگرافی باریکه یونی متمرکز شده (FIB= Focused Ion Beam Lithography) ، لیتوگرافی میکروسکوپ پروب روبشی و روشهای بر پایه مهر (استامپ) امکانپذیر میگردد.
اسلاید 16 :
لیتوگرافی باریکه الکترونی، از ستونی از الکترونها با انرژی قابل کنترل و تغییر، با کمک میکروسکوپ الکترونی، برای لیتوگرافی استفاده میکند.
لیتوگرافی باریکه یونی متمرکز شده، از باریکه یونی متمرکزشده گوسین برای حکاکی استفاده میکند.
مهمترین مزیت این روش تطبیقپذیری بالای آن است، به نحوی که طرحهای لیتوگرافی میتوانند با فرآیندهایی شامل تابش یونی به یک ماده مقاوم، آسیاکاری یونی، اچ القا شده یونی یا کاشت یونی در مناطق مورد نظر ایجاد شوند.
ابعاد این طرحها میتواند به زیر 100 نانومتر نیز برسد.
توسعه روشهای لیتوگرافی
اسلاید 17 :
توسعه روشهای لیتوگرافی
لیتوگرافی بر اساس مهر یک روش غیرتابشی است.
اصولاً یک روش قالبگیری میکرونی میباشد.
ابتدا باید الگویی از طرح ایجاد شود. در مورد لیتوگرافی مهر نانو این الگو از جنس نیکل یا سیلیکون میباشد.
برای ایجاد طرح بر روی زیرلایه، مقدار کمی از یک مایع بر روی سطح توزیع میشود و الگو بر روی آن، در اثر اعمال فشار، مهر شده و سپس طرح بر روی زیرلایه ثابت میشود.
اسلاید 18 :
نتیجهگیری
لیتوگرافی، روشی با قابلیت تولید نانوساختارها با کیفیت و دقت ابعادی مناسب میباشد.
بر اساس ابزار به کار رفته برای ایجاد طرح مورد نظر؛ دقت، رزولوشن طرح و ابعاد قابل دستیابی متفاوت است.
برای رسیدن به ابعاد کوچکتر و دقت ابعادی بالاتر، روشهایی همچون لیتوگرافی پروب روبشی و یا لیتوگرافی با اشعه X و باریکه الکترونی توسعه داده شدهاند.
این روشها نسبت به لیتوگرافی نوری پر هزینهتر بوده و قابلیت تولید انبوه را ندارند و محققان در تلاش هستند تا بتوانند از این تکنیکها در تولید انبوه ابزارهای الکترونیک با کیفیت بالا استفاده کنند.
