В настоящее время для создания микроэлектронных компонентов широко применяется метод фотолитографии. Однако в связи с постоянным уменьшением элементов микросхем изготовление масок для фотолитографии становится всё сложнее и дороже. А это сильно мешает разработчикам быстро вносить различные изменения, а также отрабатывать свои идеи на необходимом количестве прототипов. Таким образом, было бы здорово использовать методы, которые не требуют изготовления масок, например, сканирующую зондовую нанолитографию и литографию пучками ионов или электронов. Но пока эти методы не отличаются высокой производительность и не подходят для практических применений.
Исследователи из University of California (США) предложили использовать для нанолитографии парящие массивы плазмонных линз, каждая из которых способна фокусировать свет в пятна диаметром менее 100 нм.
Под действием света на поверхности металлов могут возникнуть коллективные колебания электронов, называемые поверхностными плазмонами. Длины волн этих колебаний могут быть существенно меньше, чем у возбуждающего света, и поэтому плазмоны помогают обойти дифракционный предел и могут использоваться для создания пучков света очень малого диаметра. Ученые изготовили плазмонную линзу в виде отверстия диаметром 100 нм в алюминиевой фольге толщиной 80 нм, вокруг которого через каждые 250 нм были нанесены концентрические щели шириной 50 нм. Такая линза фокусирует свет в пятно диаметром 80 нм. Проблема состоит лишь в том, что этот фокус располагается на расстоянии всего 20 нм от линзы, то есть необходимо придумать способ, как заставить линзу парить над поверхностью и выжигать узоры на фоторезисте.
Исследователи пошли на хитрость и применили методы, давно использующиеся в жестких дисках. Там вращение пластины приводит к формированию потоков воздуха, которые удерживают головку на необходимом расстоянии от пластины.
Ученые изготовили специальную головку, несущую целый массив плазмонных линз. Такая конструкция позволяет проводить параллельную разметку подложки. Трудность лишь состоит в том, чтобы обеспечить строго параллельное расположение массива над поверхностью, чтобы все линзы формировали сфокусированные пучки.
Устройство может рисовать линии шириной 80 нм со скоростью 10 м/с. Теоретически разрешение может быть улучшено до 5-10 нм. Также расчеты показывают, что головка, несущая тысячу линз, позволит расчертить двенадцатидюймовую пластину за 2 минуты.
Работа «Flying plasmonic lens in the near field for high-speed nanolithography» опубликована в журнале Nature Nanotechnology.
