Контактная литография и повышение разрешения с помощью поверхностных плазмонов.

Введение

Контактная литография, также известная как контактная печать, — это метод фотолитографии, при котором изображение формируется путем освещения фотомаски, находящейся в непосредственном контакте с подложкой, покрытой слоем светочувствительного резиста.

Улучшение разрешения

Как отмечалось выше, более тонкий фоторезист может помочь улучшить контраст изображения. Отражения от подложки фоторезиста также необходимо учитывать при уменьшении поглощения и затухания evanescent-волны. Разрешение контактной литографии, как прогнозируется, превысит периодичность λ/20. Разрешение по шагу контактной литографии можно легко повысить с помощью многократной экспозиции, формирующей изображения между ранее экспонированными элементами. Это подходит для вложенных массивов, например, в схемах памяти. Поверхностные плазмоны – это коллективные колебания свободных электронов, локализованные на металлических поверхностях. Они сильно связаны со светом, образуя поверхностные плазмон-поляритоны. Такие возбуждения эффективно ведут себя как волны с очень короткой длиной волны (приближаясь к рентгеновскому диапазону). Возбуждая такие колебания при подходящих условиях, между парой борозд в контактной маске могут появляться дополнительные элементы. Разрешение, достижимое с помощью стоячих поверхностных плазмон-поляритонов на тонкой металлической пленке, составляет менее 10 нм при длине волны в диапазоне 380–390 нм с использованием серебряной пленки толщиной менее 20 нм. Предложено использовать слой металлической пленки в качестве «идеальной линзы» для усиления evanescent-волн, что приводит к повышению контраста изображения. Это требует настройки диэлектрической проницаемости для получения отрицательной действительной части, например, серебра при длине волны 436 нм. Использование такой линзы позволяет получать изображения с широким диапазоном расстояний между маской и фоторезистом, одновременно достигая значительного повышения разрешения за счет интерференции поверхностных плазмонов, например, полушага 25 нм при длине волны 436 нм. Следовательно, разрешение менее 10 нм представляется достижимым и с этим подходом. Использование интерференции поверхностных плазмонов дает преимущество перед другими методами литографии, поскольку количество элементов маски может быть значительно меньше, чем количество элементов в целевом изображении, что упрощает изготовление и контроль маски. Хотя серебро является наиболее распространенным металлом для демонстрации поверхностных плазмонов в литографии, алюминий также используется при длине волны 365 нм. Несмотря на то, что эти методы повышения разрешения позволяют рассматривать элементы размером 10 нм, для практической реализации необходимо учитывать другие факторы. Наиболее фундаментальным ограничением представляется шероховатость фоторезиста, которая становится доминирующей при более коротких субволновых периодах, когда распространяется только нулевой порядок дифракции. Также разрушаются условия плазмонного резонанса (поскольку поверхность оксида не является металлом).

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).