Контакттық литография және беттік плазмалық резонанс арқылы кескіндік шешімділікті арттыру

Кіріспе

Литография техникасы. Контактілік литография, сондай-ақ контактілік басып шығару деп те аталады, фотолитографияның бір түрі болып табылады, онда басылатын кескін фоторезист жабынған негізге тікелей жанасқан фотомасканы жарықтандыру арқылы алынады.

Қателіктерді жою

Жоғарыда айтылғандай, жұқа фоторезист сурет контрастын жақсартуға көмектеседі. Фоторезист астындағы қабаттан болатын шағылысуды да абсорбция мен эвансцентті толқынның әлсіреуін азайту кезінде ескеру қажет. Контакттық литографияның ажыратымдылығы λ/20 периодынан асып түсуі мүмкін деген болжам бар. Контакттық литографияның биіктік ажыратымдылығын бірнеше экспозиция арқылы, бұрын экспозицияланған элементтердің арасында бейнелер жасау арқылы оңай арттыруға болады. Бұл жад схемаларындағы сияқты, ұяланған массивтер үшін қолайлы. Беттік плазмондар – металл беттеріне шектелген еркін электронның ұжымдық тербелісі. Олар жарықпен күшті байланысады, беттік плазмондық полярлитондарды құрайды. Мұндай қоздырылымдар өте қысқа толқын ұзындығымен (рентгендік режимге жақындап) толқын тәрізді әрекет етеді. Осындай тербелістерді дұрыс жағдайларда қоздыру арқылы контакттық маскадағы екі ойық арасында бірнеше элемент пайда болуы мүмкін. Жіңішке металл пленкадағы беттік плазмондық полярлитон тұрқыма толқындарының арқасында қол жеткізілетін ажыратымдылық <10 нм, толқын ұзындығы 380-390 нм диапазонында, <20 нм күміс пленка қолданылғанда. Металл пленкасының қабаты эвансцентті толқындарды күшейту арқылы «мүкемел линза» ретінде әрекет ете алады, нәтижесінде сурет контрасты жақсарады. Бұл үшін диэлектрлік өтімділіктің теріс нақты бөлігі болуын қажет етеді, мысалы, 436 нм толқын ұзындығында күміс. Мұндай линзаны қолдану маска мен фоторезист арасындағы қашықтыққа кеңінен төзімділікпен бейнелеуге мүмкіндік береді, сонымен қатар беттік плазмондық интерференцияны пайдалану арқылы ең жоғары ажыратымдылыққа қол жеткізуге болады, мысалы, 436 нм толқын ұзындығында 25 нм жартылай питч. Осылайша, осы тәсілмен 10 нм-ден төмен ажыратымдылыққа қол жеткізу мүмкін болып көрінеді. Беттік плазмондық интерференцияны пайдалану басқа литографиялық техникаларға қарағанда артықшылық береді, себебі қажетті бейнедегі элементтер санына қарағанда маскадағы элементтер саны әлдеқайда аз болуы мүмкін, бұл масканы жасауды және тексеруді жеңілдетеді. Күміс литография үшін беттік плазмондарды көрсету үшін ең көп қолданылатын металл болса, алюминий 365 нм толқын ұзындығында да қолданылған. Бұл ажыратымдылықты арттыру техникалары 10 нм сипаттамаларын қарастыруға мүмкіндік берсе де, практикалық іске асыру үшін басқа факторларды ескеру қажет. Ең негізгі шектеу – фоторезисттің беткейінің дөңгелектігі, ол тек нөлдік дифракция реті таралуы күтілетін қысқа толқын ұзындығы периодында басым болады. Сондай-ақ, плазмондық резонанс жағдайларын бұзады (өйткені оксидтің беткі қабаты металл емес).

As noted above, thinner photoresist can help improve image contrast. Reflections from the layer underlying the photoresist also have to be taken into account when absorption and evanescent wave decay are reduced. The resolution of contact lithography has been predicted to surpass λ/20 periodicity. The pitch resolution of contact lithography can be readily enhanced by multiple exposures generating feature images between previously exposed features. This is suitable for nested array features, as in memory layouts. Surface plasmons are collective oscillations of free electrons confined to metal surfaces. They couple strongly to light, forming surface plasmon polaritons. Such excitations effectively behave as waves with very short wavelength (approaching the x ray regime). By exciting such oscillations under the right conditions, multiple features can appear in between a pair of grooves in the contact mask. The resolution achievable by surface plasmon polariton standing waves on a thin metallic film is <10 nm with a wavelength in the 380 390 nm range using a <20 nm silver film. A layer of metal film, has been proposed to act as a 'perfect lens' for amplifying the evanescent waves, resulting in enhanced image contrast. This requires tuning the permittivity to have a negative real part, e. g., silver at 436 nm wavelength. The use of such a lens allows imaging to be achieved with a wide tolerance of distance between mask and photoresist, while achieving extreme resolution enhancement by use of surface plasmon interference, e. g., a half pitch of 25 nm with 436 nm wavelength. Hence a sub 10 nm resolution appears feasible with this approach as well. The use of surface plasmon interference gives an edge over other lithography techniques, as the number of mask features can be much less than the number of features in the desired image, making the mask easier to fabricate and inspect. While silver is the most commonly used metal for demonstrating surface plasmons for lithography, aluminum has also been used at 365 nm wavelength. While these resolution enhancement techniques allow 10 nm features to be contemplated, other factors must be considered for practical implementation. The most fundamental limitation appears to be photoresist roughness, which becomes predominant for shorter sub wavelength periods where only the zeroth diffraction order is expected to propagate. also destroys plasmon resonance conditions (as the oxide surface is not a metal).