Исследование процессов 3D-структурирование в электронной литографии
Диссертация - Компьютеры, программирование
Другие диссертации по предмету Компьютеры, программирование
качество структуры. Существует ряд работ, где исследуется шероховатость края резиста [65,66]. Чем меньше молекулярный вес резиста и меньше разброс по молекулярному весу, тем меньше шероховатость.
Главными недостатками 3D-структурирования с помощью электронной литографии являются низкая производительность и высокая стоимость.
Поэтому наиболее распространенными способами создания трехмерных структур является grey-scale фотолитография [67] и недавно появившаяся нано-импринт литография [68]. Тем не менее, электронная литография является необходимым элементом этих двух технологий.
В Grey-scale фотолитографии трехмерный рельеф в фоторезисте получается благодаря тому, что фотошаблон содержит области с разной проницаемостью для ультрафиолета. В итоге различные области фоторезиста получают разную дозу и, соответственно, проявляются с разной скоростью, что позволяет получать различную толщину остаточного резиста, а значит создавать 3D-структуры. При изготовлении фотошаблонов тоновой фотолитографии обычно используется электронная литография [69].
Нано-импринт литография (НИЛ) - это относительно новая методика создания микро- и наноструктур.
По сути, НИЛ представляет собой метод формирования рисунка в резите путем вдавливания в него штампа. В качестве резиста в НИЛ может использоваться как просто ПММА, так и специально разработанные НИЛ-резисты. Схематически процесс НИЛ представлен на рис.13. Сначала есть подложка с нанесенным на нее резистом, затем она нагревается до температуры стеклования резиста, что облегчает последующее вдавливание штампа в полимер. После вдавливания штампа подложка охлаждается до комнатной температуры, затем штамп отводится от образца, а в резисте остается выдавленное в нем изображение. Для того, чтобы уменьшить вероятность разрушения рисунка в полимере при удалении штампа, используют термо- или фотосшиваемые полимеры [70,71], и после впечатывания штампа осуществляют стабилизацию резиста путем нагрева или облучения.
Очень важной составляющей НИЛ является штамп. Обычно он имеет двухуровневый рельеф, выпуклости и впадины. Однако штамп может иметь больше чем два уровня высот или просто трехмерный рельеф, тогда структуры создаваемые таким штампом будут трехмерными. Создание рисунка штампа осуществляется с помощью электронной литографии [72,73], т.е. первоначально осуществляется формирование изображения в электронном резисте.
При создании двухуровневого штампа в электронном резисте экспонируется обычная планарная структура, а при создании штампа с 3D-структурами, необходимо создание 3D-рельефа. Затем, полученное в электронном резисте изображение переносится на штамп либо в том виде, как оно создано, либо в негативе (это во многом связано с технологией создания штампа). Для НИЛ в часто используются никелевые штампы [74], при создании которых применяется процесс электроосаждения. В последнее время все больше распространение получают кремниевые штампы, по причине того, что технология работы с кремнием широко распространена и кремний обладает важным достоинством как материал для НИЛ штампа, т.к. у него низкий коэффициент термического расширения [75].
Область применения электронной литографии и НИЛ для создания 3D-структур довольно широка, однако наибольшее применение они получили в микрофлюидике [76,77] и в оптоэлектронике [78,79]. В работе [80] осуществляется создание наноканалов в резисте с помощью НИЛ. Подобные структуры, правда, нанометровых масштабов находят применения в микрофлюидике. Т.к. полимерные резисты являются диэлектриками прозрачными в видимом диапазоне длин волн, то 3D-структуры создаваемые в них, часто являются элементами оптоэлектронных систем. Например, в работе [81] из резиста создаются микролинзы. Кроме этого, существует возможность получения пленок резиста с включением красителя или квантовых точек. Создавая структуры в таких пленках, можно получать активные оптические элементы как резонаторы и лазеры. Например, в работе [82] в резисте Su-8 с добавленным в него красителем Родамином 6G создан и исследован оптический резонатор, представляющий собой периодическую структуру (Брэговскую решетку), схематически изображенную на рис.14, с включенным в центр структуры элементом, смещающим фазу на p/2. Вообще, появляется довольно много публикаций посвященных оптическим элементам, созданным на основе диэлектрических периодических структур. В 1987 годы были напечатаны две статьи [83,84], в которых высказывалась идея создания нового класса оптических материалов, способных подавлять распространение электромагнитных волн определенной полосы спектра. Автор одной из них [83], Эли Яблонович из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе, предложил назвать этот класс материалов фотонными кристаллами. Фотонные кристаллы представляют собой диэлектрические структуры, с периодической модуляцией коэффициента преломления, причем период модуляции сравним с длиной волны света. В этих статьях также указывалось на то, что из-за модуляции коэффициента преломления в фотонном кристалле существуют определенные энергии и направления, запрещенные для фотонов. Область энергий, где фотонный кристалл не позволяет фотонам распространятся в каком-либо направлении, называется фотонной запрещенной зоной (ФЗЗ).
Если же для фотонного кристалла существует область энергий, где фотонный кристалл не позволяет фотонам распространятся во всех направлениях и для всех поляризаций, то она называется ?/p>