Малазийские учёные добились повышения контрастности изображения для фотолитографии высокого разрешения в оптическом диапазоне электромагнитного излучения. Предложенный способ повышения контрастности позволяет в перспективе использовать фотолитографию для формирования структур с нанометровыми размерами.
Оптическая литография – это один из штатных элементов в наборе технологий производства полупроводниковых компонентов. Она обеспечивает создание достаточно миниатюрных структур при высокой производительности технологического процесса.
Однако по мере того, как топологические нормы микроэлектронного производства выходили в субмикронный диапазон и снижались далее – до десятков нанометров, традиционная фотолитография стала упираться в пределы, определяемые фундаментальными физическими ограничениями.
В традиционной фотолитографии свет используется для «рисования» топологии создаваемой структуры в светочувствительном материале (фоторезисте), покрывающем слой (окисела, металла, полупроводника) на подложке. Воздействие света меняет свойства фоторезиста, и далее в химическом растворителе экспонированные участки фоторезиста могут быть растворены (удалены) или, наоборот, при подборе соответствующего растворителя удаляются неэкспонированные участки фоторезиста.
Минимальный размер элемента, получаемый в таком технологическом процессе, определяется дифракционным пределом: разрешение, которое может быть достигнуто в оптическом изображении, не может быть лучше, чем величина, близкая к половине длины волны используемого света. Типичное разрешение оптического изображения – несколько сотен нанометров. И этот предел рассматривается как фундаментальное ограничение технологии.
Физиками предложено несколько вариантов преодоления ограничений дифракционного предела при формировании оптических изображений. Среди них – использование т.н. суперлинз.
Электромагнитные волны, дифрагируя на маленьком объекте, формируют дифракционные поля в т.н. дальней и ближней зонах. Информация о мельчайших деталях объекта содержится лишь в поле ближней зоны. Обычная линза не собирает электромагнитное излучение в этой области дифракции. Однако это может сделать линза с отрицательным показателем преломления. Гипотеза о существовании материалов с отрицательным показателем преломления была высказана советским ученым Виктором Веселаго (УФН, 1967, т. 92, с. 517). Уже в нашем веке было теоретически обосновано и экспериментально доказано, что при облучении светом в оптическом диапазоне собственные резонансы металла могут приводить к тому, что тонкая металлическая плёнка может характеризоваться отрицательным значением показателя преломления. Такие структуры с отрицательным преломлением называют суперлинзами.
Разрешение в изображении, полученном на основе технологии суперлинзы, превосходит дифракционный предел, однако само изображение имеет более низкий контраст и это обстоятельство снижает ценность технологии суперлинзы для оптической фотолитографии.
Сингапурскими учёными предложен способ повышения контраста изображения, формируемого суперлинзой. Исследователи продемонстрировали возможность достижения разрешения менее 50 нм в изображении на основе суперлинзы, и при этом контраст изображения оказался достаточен для проведения фотолитографического процесса.
Весь «фокус» в том, что исследователям удалось тщательно с контролируемым качеством сформировать поверхностный слой линзы на основе тонкой серебряной плёнки. Специалистами была обеспечена неравномерность поверхности «суперлинзы» менее 2 нм, что существенно снизило негативное влияние рассеяния света.
Дальнейшие усилия исследователей будут направлены на повышение производительности нового фотолитографического процесса и расширение спектра материалов, которые можно использовать в технологическом процессе, что позволит успешно внедрить его в реальное промышленное производство. По мнению участников проекта, новая технология может найти своё место не только на предприятиях микроэлектроники, но и в биотехнологиях и при производстве систем хранения данных.
Новая технология создана интернациональной командой учёных из сингапурского Института материаловедения (Institute of Materials Research and Engineering) Агентства по научным исследованиям и инновационным технологиям (Agency for Science Technology and Research, A*STAR) и Института систем хранения данных (Data Storage Institute) того же Агентства.
Комментарии