有序纳米结构ppt课件

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光刻技术主要包括图形复印和定域刻蚀两个方面。 图形复印，就是经曝光系统将预制在掩模版上的器件或电路图形 按所要求的位置，精确传递到预涂在晶片表面或介质层上的光致 抗蚀剂薄层上。
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定域刻蚀就是利用化学或物理方法，将抗蚀剂薄层未掩蔽的晶片 表面或介质层除去，从而在晶片表面或介质层上获得与抗蚀剂薄 层图形完全一致的图形。
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目前的发展趋势：电子束刻蚀与光学光刻的混合匹配曝光技术 即电路的大部分工艺由光学光刻完成，超精细图形由电子束光 刻完成。 电子束光刻一般用于制作高精度掩模
线宽分别为100 nm和12 nm的纳米线条、规则的六角图案。
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离子束刻蚀 ： 散射极小,邻近效应几乎为零（离子质量重 ）； 感光胶对离子的灵敏度高。
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X 射线掩模版是由氮化硅或碳化硅等轻元素材料做成1~5 μm 厚 的薄膜底版，然后在上面根据电路图形要求，沉积0.14~0.17 μm 厚的重金属层（通常为金或钨），作为吸收层。 X 射线掩模版制作困难；受热容易变形。
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5.1.2 电子束刻蚀（EBL）和离子束刻蚀（IBL）
无需掩模版 波长更短 电磁透镜聚焦 速度极慢 电子散射造成 邻近效应
纳米压印技术主要包括热压印（HEL）、紫外压印（UV-NIL） 以及微接触印刷（μCP）。
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5.1.3.1 热压印技术（HEL）
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整个热压印过程可以分为三个步骤： (1) 聚合物被加热到它的玻璃化温度以上。 (2 ) 在印章（SiC）上施加机械压力（气压小于1 Pa ）。 (3) 冷却到聚合物玻璃化温度以下，以使图案固化，便于脱模。
经连续化的图形化、显影、腐蚀和沉积许多不同的工序就可以
制造复杂的集成电路。
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光刻技术有两个重要的指标：分辨率和焦深。
分辨率表示能分辨的最小线宽； 光学光刻的分辨率决定了芯片上单个器件的最小尺度。
根据瑞利定律：R=k1λ/NA ，D=k2λ/(NA)2 R为分辨率，D为焦深，λ为曝光波长； NA为数值孔径，由成像系统决定，k1和k2是与系统有关的常数。
第五章 有序纳米结构及其应用
有序纳米结构是指由零维纳米微粒、一维纳米材料构筑的， 在长程范围内具有一定排布规律，有序稳定的纳米结构。
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“自上而下” （top-down）方式主要用于制造存储器和CPU等 半导体器件的微细加工，是利用光线或电子束等削除大片材料 ，从而留下所需要的微细图形结构。
“自下而上” （bottom-up）方式，则是利用薄膜形成技术， 即通过人工手段把原子或分子一层一层淀积（在极端情况下可 以把原子或分子一个一个的淀积）来形成新的晶体结构（人工 晶格），从而造出新的物质或者新的器件。
极紫外光刻( EUVL) 技术：用波长范围为11~14 nm的光，经过 周期性多层膜反射镜，照射到反射掩模上，反射出的EUV 光再 经过投影系统，将掩模图形形成在硅片的光刻胶上。
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对于波长小于157 nm的光来说，自然界中的大多数材料均对其有 强烈的吸收，难以制作透镜和掩模材料。 最近的研究表明，由Si和Mo组成的多层膜结构对13 nm附近的 极紫外光的反射率很高，因此可以用来制作13 nm波长的反射式 光学系统和掩模版，其理论分辨率可以达到7 nm。
曝光系统的极限分辨率为λ/2，即半波长。 波长193 nm的光源（ArF激光器）分辨率可达0.1 μm； 157 nm的光源（F2激光器）分辨率可达0.08 μm。
减小波长、增加数值孔径、减小k1等方式都可以提高光刻曝光 系统的分辨率，其中减小波长是主要手段。
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5.1.1 极紫外光刻（EUVL）和X射线光刻（XRL）
聚焦离子束系统所采用的静电透镜有较大的色差系数（离子 的能量分散 ），分辨率比电子束曝光低 ； 曝光深度有限。 离子束曝光在集成电路工业中主要用于光学掩模的修补和集 成电路芯片的修复。
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5.1.3 纳米压印技术（NIL）
通过将具有纳米图案的模版以机械力( 高温、高压) 压在涂有高 分子材料的硅基板上, 等比例压印复制纳米图案, 进行加热或紫 外照射, 实现图形转移。
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5.1.3.2 紫外压印技术
紫外压印对环境要求更低，仅在室温和低压力下就可进行，从 而使该技术大大缩短生产周期，同时减小印章磨损。
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5.1.3.3 微接触印刷(μCP)
微接触印刷：弹性模板结合自组装单分子层技术。
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NIL技术除具有操作简单的优点之外，还具有一个突出的优点，就 是可以采用层层压印的方式获得三维有序纳米结构。
有序纳米结构的制备方法：纳米刻蚀技术、自组装、模板法以 及它们的组合。 首先，简单介绍一下“自上而下”的纳米刻蚀技术和“自下而 上”的自组装方法。
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5.1 纳米刻蚀技术
传统半导体加工中的光刻工艺 ： 光刻是利用光致抗蚀剂的光敏性和抗蚀性，配合光掩模版对光透 射的选择性，使用光学和化学的方法完成特定区域刻蚀的过程。
EUVL技术与传统的光刻技术基本一致，其工艺兼容性、技术规 范和系统要求也非常相似，所以很容易被现代的半导体工业接受 和采用。目前相当多的科学家认为该技术是制造未来纳米集成电 路的较佳候选者。
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X射线光刻技术通常采用的波长范围在0.4~1.4 nm，可获得极高 的分辨率。 因为无法对X 射线聚焦，所以采用的曝光系统基本都是无投射 光学系统的近贴式和1∶1 投影式。
光致抗蚀剂简称光刻胶或抗蚀剂，是一种光照后能改变抗蚀能力 的高分子化合物，包括正抗蚀剂和负抗蚀剂两种。 对于正抗蚀剂，紫外光照后，曝光区域在显影液中变得可溶； 对于负抗蚀剂，紫外光照后，曝光区域在显影液中变得不可溶。
光掩模版俗称光掩模或光刻板，是指在光照时覆盖于光刻胶膜 上，除特定区域外均对光有掩蔽作用的图样，也就是晶体管制 作所需图样的模板。
加工分辨力只与模版图案的尺寸有关, 而不受光学光刻的最短曝 光波长的物理限制（线宽在5 nm以下 ）。
由于省去了光学光刻掩膜版和使用光学成像设备的成本，因此 纳米压印技术具有低成本、高产出，同时不需要很多的资金来 维持生存的经济优势。大面积、快速、多层纳米压印技术的发 展使得纳米压印曝光技术很可能成为下一代电子和光电子产业 的基本技术。