De exponentiële groei van rekenkracht, zoals gekwantificeerd door de wet van Moore 1, 2 (1), is het resultaat van geleidelijke vooruitgang in optische lithografie. In deze top-down patroon techniek, de haalbare resolutie, R, wordt gegeven door de bekende Raleigh stelling 3:

Hier, λ en NA zijn het licht golflengte en numerieke lensopening, respectievelijk. NB NB = η · sinθ, waarbij η de brekingsindex van het medium tussen de lens en de wafer; θ = tan -1 (d / 2l) voor de diameter d van de lens, en de afstand L tussen het midden van de lens en de wafer. De afgelopen vijftig jaar heeft de lithografische resolutie verbeterd door het gebruik van (a) lichtbrons, waaronder excimer lasers met steeds kleinere UV golflengten; (b) slimme optische ontwerpen gebruik faseverschuiving maskers 4; en (c) hogere NA. Bij blootstelling aan de lucht (η = 1) NA is altijd kleiner dan één, maar door het introduceren van een vloeistof met η> 1, zoals 5 water, tussen de lens en de wafer, kan NA boven 1 verhoogd, zodat zij andere immersielithografie verbeteren. Nog levensvatbare paden een 20 nm-knooppunt en verder ook extreme UV bronnen (λ = 13 nm) of patroonvormingstechnieken gebruikt complexe dubbele en viervoudige bewerking van een meerlagige fotolak 6, 7.
Bij nanometer-lengteschalen, statistische fluctuaties, veroorzaakt door shot-noise (SN), het aantal fotonen aankomen binnen een nano-gebied veroorzaken variaties in de afmetingen van lithogra corticale patronen. Deze effecten zijn meer uitgesproken met blootstelling aan hoge-energie-EUV-licht en E-stralen, systemen die ordes van grootte minder fotonen / deeltjes nodig hebben in vergelijking met normale optische lithografie 8. Overgevoelige chemisch versterkte (met een kwantumrendement> 1) lichtgevoelige introduceren ook een chemische SN veroorzaakt door een variatie in het aantal fotoreactieve moleculen blootgesteld nanoregions 9, 10. Lagere gevoeligheid lichtgevoelige dat langere blootstelling moeten onderdrukken deze effecten, maar ze verminderen ook doorzet.
Op moleculaire schaal, de bijdrage aan lijn rand ruwheid van de moleculaire grootteverdeling inherent aan de fotoresist polymeren kunnen worden verminderd door moleculaire 11 resists. Een aanpak die complementair is aan deze top-down verwerking van nano-patroonvorming is het gebruik van bottom-up methoden 12,s = "xref"> 13 die beroept op de gerichte zelfassemblage (DSA) van diblokpolymeren 14. Het vermogen van deze processen direct kiemvorming en niet-uniforme afstand tussen gewenste patronen, zoals gaten of lijnen maken, blijft een uitdaging. De grootteverdeling van moleculaire componenten 15, 16 beperkt ook de omvang en opbrengst van fabricage 17, 18. Soortgelijke problemen beperken microcontactprinten van nanodeeltjes in zachte lithografie 19.
Dit artikel presenteert studies van een nieuwe hybride aanpak (Figuur 1) dat de klassieke top-down projectie lithografie met elektrostatisch gericht zelfassemblage combineert om het effect van SN / line-edge ruwheid (LER) 20 te verminderen. Positief geladen aminogroepen op zelf-geassembleerde monolagen (SAMs) N - (2-aminoethyl)-11-Amino-undecyl-methoxy-silaan (AATMS) achter de PMMA film blootgesteld na ontwikkeling. De negatief geladen fotolaklaag van PMMA elektrostatisch trechters negatief geladen gouden nanodeeltjes (BNP), afgedekt met citraat, 21-24 in-SN getroffen gaten 25. Opnieuw stroming van de PMMA fotoresist overspoelt predeposited nanodeeltjes in de film.

Figuur 1: Schematische weergave van de strategie om de gevolgen van de opname-noise en line-edge ruwheid te verwijderen voor de patroonvorming van contact gaten met behulp van NP van precieze grootte. Hier is de kritische dimensie (CD) is de gewenste diameter van de gaten. De benadering (stap 1) begint met afzetten van een zelf-geassembleerde monolaag (SAM) silaan molecule die positief geladen aminogroepen op het oxide brandingace van een silicium wafer. Vervolgens wordt E-lithografie gebruikt om de gaten patroon (stappen 2 en 3) in PMMA fotolaklaag, de blauwe laag die opname-lawaai ontstaat zoals weergegeven beeld de inzet SEM. Lithografie blootstelt aminegroepen onder in de gaten. Stap 4 behelst de waterfase afzetting van gecontroleerde-size, citraat bedekte (negatief geladen) gouden nanodeeltjes (BNP) in lithografisch patroon gaten met behulp van elektrostatische trechtervorming (EF). In stap 5 verhitten van de plak tot 100 ° C, beneden de glasovergangstemperatuur van het PMMA, 110 ° C, veroorzaakt de reflow van de fotoresist rond eerder afgegeven nanodeeltjes. Etsen bedekt met PMMA zuurstofplasma (stap 6) brengt BNP, en vervolgens nat-etsen (jodium) van de blootgestelde deeltjes (stap 7) creëert openingen overeenstemming met de diameter van het BNP. In combinatie met reactieve-ionen / nat-etsen, is het mogelijk om het gatenpatroon overdragen de fotoresist op SiO 2 (stap 8) 31. Opnieuwbedrukt met toestemming van referentie 20. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
De elektrostatische interactie tussen de tegengesteld geladen BNP en aminegroepen op het substraat verhindert de verplaatsing van het BNP van de bindingsplaats. De reflow stap handhaaft de relatieve locatie van het BNP, maar wist de gaten en de effecten van SN / LER. Plasma / nat etsen stappen regenereren gaten dat de omvang van het BNP hebben. Reactief-ion etsen overdraagt hun patroon SiO 2 hard-masker lagen. De werkwijze berust op het gebruik van meer uniforme grootte nanodeeltjes dan gevormde nanohole (NH), uitgedrukt als de standaarddeviatie σ, zodat σ BNP <σ NH. Dit rapport staat stappen (4 en 5 in figuur 1 beschreven) waarbij de afzetting van nanodeeltjes uit dispersie en dereflow van de fotoresist om hen de voordelen en beperkingen van de methode te bepalen. Beide stappen zijn in beginsel schaalbaar tot grotere substraten, waarvoor geen uitgebreide modificatie van de stroom produceren moderne geïntegreerde circuits op chips.