Контрольные вопросы

1. Какие основные задачи литографии?

2. Основные операции литографического цикла.

3. Что такое резист?

4. Позитивные и негативные резисты.

5. Основные требования к резистам.

6. Прямая и сенсибилизирующая активация.

7. Основные методы нанесения резиста.

8. Какими методами осуществляется сушка резиста?

9. Что такое экспонирование рисунка?

10. Требование к экспонированию.

11. Контактная и проекционная литография.

12. Методы совмещения пластины и шаблона.

13. Проявление изображения в резисте.

14. Каким образом происходит формирование рисунка в функциональных слоях интегральных схем?

15. Ионно-лучевые методы травления.

16. Ионно-плазменное травление.

17. Плазмохимическое травление.

18. Как связаны разрешение литографического процесса и длина волны экспонирующего излучения?

19. Электронно-лучевая литография.

20. Рентгенолитография.

8. Введение в нанотехнологию

8.1. Возникновение и развитие нанотехнологии

В настоящее время формируется и получает быстрое развитие новая междисциплинарная область науки и техники – нанотехнология. Она становится ключевым направлением развития промышленности и основой дальнейшего прогресса общества. По оценкам специалистов, нанотехнологии стали важнейшим направлением технологического развития ведущих мировых держав в XXI веке. Стоимость затрат на осуществление нанотехнологических проектов в этих странах составляет несколько миллиардов долларов в год. Развитие нанотехнологий возведено в ранг приоритетных национальных задач, осознание ключевой роли, которую уже в недалеком будущем будут играть результаты работ по нанотехнологиям, привело к разработке широкомасштабных программ по их развитию и к их государственной поддержке. Например, В США в 2000 г. принята приоритетная долгосрочная программа «Национальная нанотехнологическая инициатива», призванная обеспечить лидерство США в этой области в первой половине текущего столетия. Бюджетное финансирование этой программы на ближайшие годы исчисляется несколькими миллиардами долларов. Вскоре аналогичные программы появились в Японии и в странах Евросоюза. Эти страны связывают с развитием нанотехнологий серьезные успехи в энергетике, медицине, информатике и в других областях, а также считают, что развитие работ в этом направлении является необходимым для обеспечения безопасности и обороны. В России работы по выработки программы работ в области нанотехнологий интенсивно ведутся с 2003 г., вначале по инициативе широких кругов ученых, инженеров, предпринимателей, которые затем нашли поддержку Российской академии наук, Министерства образования и правительства РФ. Мощный импульс развитию работ по нанотехнологии придала президентская программа «Стратегия по развитию наноиндустрии в России» (2007 г.). В стране создан Совет по развитию наноиндустрии, Государственная корпорация в области наноиндустрии, комиссия по нанотехнологиям РАН, возглавляемая первопроходцем отечественной нанотехнологии академиком Ж.И. Алферовым, созданы другие институты в области нанотехнологий.

Термин «нанотехнология» возник в результате добавления к известному понятию «технология» приставки «нано», означающей уменьшение масштаба в 1 миллиард раз (1 нанометр равен м). Чтобы получить представление о нанометрическом масштабе величин приведем несколько примеров: минимальный размер элементов больших интегральных схем в настоящее время составляет около 100 нм, размеры вирусов и углеродных нанотрубок 10 нм, белковая молекула 1 нм, диаметр атома водорода 0,1 нм. Нанотехнология может быть определена, как совокупность технологических процессов, связанных с созданием и использованием материалов, устройств и структур нанометрического масштаба, т.е. имеющих размеры порядка 1–100 нм хотя бы вдоль одной координаты. Нанотехнология имеет дело с мельчайшими объектами в диапазоне размеров атомов, молекул, совокупности молекул; она подразумевает умение работать с такими объектами и целенаправленно и контролируемым образом создавать из них более крупные структуры. Созданные с помощью нанотехнологии объекты являются мельчайшими устройствами, образованными искусственным путем с использованием атомно-молекулярных элементов. Такие структуры могут обладать совершенно уникальными физическими, химическими и биологическими свойствами. В настоящее время возникли такие понятия как нанонаука (исследование свойств наноматериалов и явлений в нанометрическом масштабе), нанотехнология (создание наноструктур) и наноинженерия (поиск эффективных методов применения наноструктур).

Нанотехнология сформировалась на основе современных тенденций развития субмикроэлектроники: увеличения степени интеграции элементов интегральных схем при одновременном уменьшении размеров элементов. Эти тенденции связаны с необходимостью увеличить быстродействие электронных схем, расширить их функциональные возможности с одновременным уменьшением размеров создаваемых устройств. Однако изготовление элементов интегральных схем размерами менее 1 микрона связано с трудностями принципиального характера, определяемыми законами физики. Дальнейший прогресс в этом направлении требует разработки новых подходов и принципов, которые и легли в основу нанотехнологии. При обработке материалов с целью получения планируемых изделий существуют два принципиальных подхода, которые условно принято называть «сверху-вниз» и «снизу-вверх».

При подходе «сверху-вниз» размеры обрабатываемого материала уменьшаются с помощью соответствующей обработки и могут быть доведены до нанометрического масштаба. Примерами такой обработки являются технологические процессы, используемые в литографии для изготовления деталей интегральных схем. Принципиальные проблемы здесь связаны с длиной волны излучения, используемого в этих технологиях. В настоящее время минимальные размеры элементов интегральных схем, которые можно получить при использовании коротковолнового излучения, достигают 100 нм. При этом процесс получения таких изделий достаточно сложный и дорогостоящий.

При подходе «снизу-вверх» создание планируемого изделия осуществляется путем его сборки из элементов «низшего порядка»: атомов, молекул, фрагментов биологических клеток и т.п. Методы и приемы нанотехнологии позволяют осуществлять такие операции. Например, сейчас возможно изготовление различных устройств, осуществляемых поштучной укладкой атомов на поверхности кристалла при помощи сканирующего туннельного микроскопа. Яркой демонстрацией возможностей нанотехнологии явилось изготовление сотрудниками Армаденской лаборатории ИБМ надписи – названия своей фирмы (IBM), которую они сумели выложить на поверхности монокристалла никеля из 35 атомов ксенона (1990 г). Конечно, метод сборки, основанный на подходе «снизу-вверх», когда осуществляются манипуляции на уровне атомов, в настоящее время является сложной технологической операцией, она характеризуется низкой производительностью и эффективностью, но исследователи, тем не менее, считают, что будущее современных технологий принадлежит именно таким методам.