RO139130A2 - Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un sistem de nanolitografie pe bază de curent electric, destinat a fi utilizat în industria semiconductorilor, pentru configurarea suprafeţelor plane mari. Sistemul, conform invenţiei, este alcătuit dintr-un bloc (1) de scriere, care cuprinde o arie (2) de vârfuri conductoare ascuţite de aceeaşi înălţime, care emit electroni folosind mecanismul de emisie în câmp electric intens, un modulator spaţial de lumină (3), o optică de colimare (4) a fasciculului de lumină emis de o sursă de lumină (5); un bloc (6) de translaţie XY a unui substrat (7); un bloc (8) de translaţie pe direcţia Z verticală fie a blocului (1) de scriere, fie a substratului (7); o sursă (9) pentru aplicare de tensiune electrică între aria (2) de vârfuri şi substrat (7); un bloc (10) de citire a tensiunii electrice dintre anumite vârfuri şi substrat; un controler (11) de gestionare şi monitorizare a funcţionării ansamblului de blocuri; un calculator (12), care, cu ajutorul unor pachete software specifice, comandă întregul ansamblu şi permite editarea, conversia şi translarea modelelor CAD ale traseelor 2D/obiectelor 3D în comenzile specifice fiecărui bloc în parte; o buclă (22) de reacţie rapidă; un sistem (23) electromecanic de precizie, care roteşte aria (2) de vârfuri în jurul a cel puţin uneia dintre axele de rotaţie care trec prin planul acesteia.

Description

SISTEM DE NANOLITOGRAFIE PE BAZĂ DE CURENT ELECTRIC

Invenția se referă la un sistem de nanolitografie pe bază de curent electric care folosește o arie de vârfuri conductoare ascuțite ce emit electroni folosind mecanismul de emisie în câmp electric intens.

Este cunoscută nanolitografia folosind fascicol de electroni care constă în emisia unui fascicol de electroni de către un electrod și ulterior accelerarea lor în câmp electric, scanarea acestui fascicol cu ajutorul unor câmpuri electrice și magnetice, focalizarea fascicolului folosind alte câmpuri electrice și magnetice decât cele pentru scanare și aplicarea acestui fascicol de electroni focalizat pe un material numit electronorezist care este depus pe un substrat. Fascicolul de electroni rupe legăturile chimice din electronorezist, zonele iradiate de acesta căpătând proprietăți de dizolvare diferite în raport cu materialul neiradiat. Developarea se face imersând substratul acoperit cu electronorezist în solventul selectiv necesar și îndepărtând doar porțiunile de material care se dizolvă în acest solvent.

Dezavantajele acestui tip de nanolitografie pe bază de fascicol de electroni sunt:

- nu are productivitate mare, fiind foarte dificil de controlat în mod independent un număr mare de fascicole de electroni care să acopere în mod eficient o suprafață mare

- electronii au energie mare, de ordinul zecilor de keV, pentru a asigura rezoluția spațială necesară, ceea ce duce la efecte de generare de electroni secundari care reacționează cu electronorezistul în afara zonei de iradiere

- nu este aplicabilă decât în tandem cu electronoreziștii, orice alt tip de utilizare nefiind posibil

- utilizează tensiuni electrice mari, de la câțiva kV până la 300 kV, ceea ce impune măsuri suplimentare de protecție

Este cunoscută o tehnică numită litografie cu scriere directă cu fascicol de electroni masiv paralelă (massively parallel electron beam direct write (MPEBDW) lithography - în engleză). Aceasta folosește o arie de vârfuri emițătoare de electroni constituită din regiuni având nanocoloane sau nanodoturi de Siliciu în chip de emițățori de electroni, la suprafața emițătoare fiind acoperite cu un strat ultra-subțire de Ti/Au cu o grosime totală de 10 nm. Fascicolele de electroni emise sunt apoi prelucrate de optica de electroni necesară corectării aberațiilor fascicolelor de electroni și focalizării acestora. Optica de electroni este formată din seturi de trei arii de electrozi de tip inelar - sursele emițătoare situate la aceeași distanță radială față de axa de simetrie a ariei fiind comandate de aceeași lentilă electrostatică condensor, anod și lentilă electrostatică obiectiv. Fiecare emițător de electroni, ca și lentilelele electrostatice aferente, este controlat activ printr-o matrice de tip LSI CMOS.

Dezavantajele acestei metode sunt:

- fabricarea ariei de structuri emițătoare de fascicol de electroni și a matricii de control activ este costisitoare, necesitând multe etape tehnologice

- sistemul respectiv consumă multă energie

- corectarea aberațiilor ansamblului de fascicole de electroni este complexă și necesită un sistem de calcul de sine stătător pentru această activitate

- necesită lucrul cu tensiuni de minimum 5 kV

- nu este aplicabilă decât pentru nanolitografia cu fascicol de electroni tradițională

Este cunoscută nanolitografia folosind metoda e-DPN (electrically assisted dip pen nanolithography) care folosește un sistem de tip AFM (microscop de forță atomică) ce conține un cantilever..cpnductor electric ce scanează un substrat conductor electric. Acest substrat poate fi ca atare sau poate fiacoperif cuW sensibil la fascicolul de electroni. Sesizarea apropierii vârfului cantileverului de-'șubstrat se face prin

monitorizarea variației frecvenței de rezonanță a cantileverului. între cantilever și substrat, atunci când acestea se află în imediata proximitate, apare spontan un menise de apă. între cantilever și substrat se aplică un câmp electric ce poate avea cel puțin unul dintre efectele: oxidarea locală a substratului, oxidarea stratului depus pe substrat, îndepărtarea moleculelor de pe substrat prin dielectroforeză. în acest fel, substratul sau stratul subțire depus pe acesta se pot configura în acest fel prin baleierea suprafeței și aplicând câmpul electric doar acolo unde este necesar. De asemenea, dacă se folosește o soluție electrolitică, se pot realiza depuneri electrochimice de metale.

Dezavantajele acestui tip de nanolitografie folosind e-DPN sunt:

- lucrează cu un număr mic de cantilevere, ceea ce face ca productivitatea sa să fie scăzută

- chiar dacă ar lucra cu arie cu un număr foarte mare de cantilevere, întreaga structură ar fi prea sensibilă din punct de vedere mecanic, cantileverele putându-se rupe ușor

- aria respectivă de cantilevere ar necesita o electronică complexă de comandă și control

Problema pe care o rezolvă invenția constă în faptul că asigură configurarea unei suprafețe mari de lucru cu posibilitate de configurare independentă pe fiecare regiune în parte, permițând totodată utlizarea unui grup mare de tehnologii / mecanisme de configurare. De asemenea, invenția permite simplificarea semnificativă a electronicii de comandă și control fără a periclita performanțele procesului nanolitografie. Tensiunile electrice utilizate sunt mici, depășind doar în anumite situații câteva sute de volți.

Soluția, conform invenției, constă în utilizarea unei arii de vârfuri conductoare electric, vârfuri conductoare care au aceeași înălțime și formă și sunt situate în același plan, fiind controlate independent și simultan cu ajutorul unui fascicol de lumină modulat spațial cu ajutorul unui modulator spațial de lumină cum ar fi, de exemplu, un proiector LCD. Această arie este deplasată XY, la distanță constantă față de substrat, pe o distanță egală cu distanța dintre vârfuri.

Avantajele sistemului de nanolitografie pe bază de curent electric conform invenției sunt:

- poate crea configurări cu rezoluții nanometrice pe suprafețe plane mari, de exemplu pe întreaga suprafață a unei plachete de 12” (30 cm) diametru

- nu necesită tensiuni electrice mari, doar în cazuri particulare când se lucrează cu electrono-reziști tradiționali fiind necesare tensiuni electrice de ordinul a 1 kV

- poate aplica o serie întreagă de procedee de configurare cum ar fi: oxidare anodică locală a substratului, oxidare locală a unui strat monomolecular de rezist, ruperea locală a legăturilor chimice din substrat, ruperea locală a legăturilor chimice dintr-un strat de tip electronorezist, străpungerea electrică locală a stratului subțire folosit ca rezist, amortizarea / cristalizarea locală a unui strat solid de material izolator, corodare locală în plasmă a substratului sau stratului subțire de rezist, depunere electrochimică 3D locală

- poate atinge rezoluții spațiale de 10 nm și mai mici

- este rapidă

- nu necesită o electronică complexă de comandă și control

Față de tehnica numită litografie cu scriere directă cu fascicol de electroni masiv paralelă (massively parallel electron beam direct write (MPEBDW) lithography - în engleză) cu care se aseamănă, invenția noastră prezintă următoarele avantaje:

- simplifică semnificativ sistemul

- reduce consumul de energie

- nu necesită sistemul de control al focalizării 1+:,/

- nu se bazează pe focalizarea fascicolului de electroni, lucrând îπ,imediata'proxl·Π^îtate‘asubstratului f ^K-' ^f-*. -.τ'.

- nu necesită tensiuni de accelelare mari, doar în anumite situații 1 aplicații fiind necesară utilizarea unei tensiuni electrice de până la 1 kV

- poate implementa o multitudine de tehnici de nanolitografie pe bază de curent electric / fascicol de electroni

Prezentăm în continuare o descriere a invenției în raport cu figurile 1 ..5 astfel:

- figura 1: arhitectura sistemului

- figura 2: arhitectura blocului de scriere

- figura 3: schiță de detaliere a elementelor ariei de vârfuri, a) varianta cu material fotosensibil omogen; b) varianta cu material fotosensibil de tip joncțiune p-n sau heterojoncțiune

- figura 4: schiță de detaliere a elementelor ariei de vârfuri pentru depuneri electrochimice. a) varianta cu material fotosensibil omogen; b) varianta cu material fotosensibil de tip joncțiune p-n sau heterojoncțiune

- figura 5: schema logică a modului de paralelizare a ariei de vârfuri

- figura 6: schema logică a algoritmului pentru corectarea variabilității vârfurilor din aria de vârfuri

Sistemul cuprinde mai multe blocuri, după cum urmează. Astfel, blocul 1 de scriere cuprinde aria 2 de vârfuri deasupra căreia se află modulatorul spațial de lumină 3, optica de colimare 4 a fascicolului de lumină emis de sursa 5 de lumină, optică de colimare 4 ce permite aplicarea unui fascicol suficient de paralel, uniform și omogen ca intensitate pe toată suprafața modulatorului spațial de lumină 3. Optica de colimare 4 poate avea în componența sa una sau mai multe elemente optice de tip lentile și/sau oglinzi, filtre spațiale și omogenizatoare de fasicol. De asemenea, sistemul mai cuprinde blocul 6 de translație XY al substratului 7 incluzând atât partea electro-mecanică de mișcare cât și electronica de feedback și control al mișcării, blocul 8 de translație pe direcția Z verticală fie a blocului 1 fie a substratului 7. Sistemul mai cuprinde sursa 9 de tensiune electrică care aplică tensiunea electrică între aria 2 de vârfuri și substratul 7, blocul 10 de citire a tensiunii electrice dintre anumite vârfuri ale ariei 2 de vârfuri și substratul 7 - aceste anumite vârfuri fiind folosite pentru paralelizarea ariei 2 în raport cu substratul 7, controlerul 11 de gestionare și monitorizare a funcționării ansamblului tuturor acestor blocuri și al sursei 9 de tensiune electrică, respectiv, calculatorul 12 care, cu ajutorul unor pachete software specifice, comandă întreg ansamblul și permite editarea, conversia și translarea modelelor CAD ale traseelor 2D / obiectelor 3D în comenzile specifice fiecărui bloc în parte. Sistemul, conform invenției, cuprinde și software-ul necesar care comandă atât modulatorul spațial de lumină 3 cât și sursa 9 de tensiune electrică în conformitate cu traseul ce trebuie desenat. Sursa 9 de tensiune electrică poate furniza o tensiune electrică constantă în timp, sau variabilă în timp după o anumită lege, sau sub formă de impulsuri, impulsurile având o durată identică în timp sau variind de la un moment la altul, o durată între impulsuri constantă în timp sau variind de la un impuls la altul, o amplitudine și o frecvență care pot fi constante sau variabile în timp și bine controlate și corelate cu procesul tehnologic efectuat de către sistem, respectiv poate furniza o tensiune electrică care este o combinație a cel puțin două astfel de regimuri de tensiune electrică.

Aria 2 de vârfuri este formată dintr-un număr de vârfuri ascuțite, vârfuri având aceeași înălțime și fiind situate în același plan și aflate la o anumită distanță orizontală unul de altul. De exemplu, fără a restrânge generalitatea, pot fi vârfurile unor piramide. Aceste vârfuri pot fi dispuse sub forma vârfurilor unui caroiaj de pătrate sau dreptunghiuri, de triunghiuri sau alte forme geometrice regulate. Fiecare vârf este format dintr-un strat 13 metalic, metalul respectiv fiind unul dintre metalele Pt, Au, Ir, Rh, Pd, W, Re sau aliaje ale acestora. Pe suprafața exterioară a vârfului poate fi depus, în unele situații, un strat monomolecular de oxid alcalin cum ar fi CS2O, RbsO sau oxid alcalino-pământos cum ar fi BaO, SrO sau strat de oxid tranzițional feroelectric cum ar fi HfO?, ZrO2 sau altele asemenea, scopul depunerii acestui strat monomolecular fiind acela de a reduce lucrul de extracție al stratului 13 metalic. Peste stratul 13 metalic și înspre suportul ariei 2 se află depus un strat 14 metalic de aderență pentru materialul 15 fotosensibil. Stratul 14 metalic poate fi, de exemplu dar fără a restrânge generalitatea, Ti. Stratul 15 fotosensibil este format dintr-un semiconductor de bandă largă sau semiconductor amorf sau semiconductor nanocristalin, condiția fiind ca rezistivitateș^adețntuneric să fie foarte mare. De exemplu, acest strat 15 fotosensibil poate fi, dar fără a restrâng^^ăhgralitafe'a, din Siliciu amorf, din SiC intrinsec, din ZnO de rezistivitate mare. Deasupra stratului 15 fj^tbseifsibii se află electrodul

semitransparent 16 care lasă să treacă lumina ce are o energie a fotonilor suficient de mare astfel încât să poată genera purtători de sarcină liberi în materialul 15 fotosensibil. Straturile 13 și 14 metalice se află doar în zona vârfurilor, materialul 15 fotosensibil și electrodul 16 fiind depuse pe întreaga suprafață a ariei 2. Electrodul 16 poate fi, de exemplu dar fără a restrânge generalitatea, o depunere metalică cum ar fi Ti/Au, cu o grosime sub 20 nm sau un semiconductor transparent de tip ITO (oxid de staniu și indiu) sau Cui (iodură de Cupru II). Peste electrodul 16 se află materialul 17 izolator electric și transparent la radiația luminoasă folosită pentru generarea de purtători de sarcină liberi în materialul 15 fotosensibil, acest material 17 având rolul de a oferi rezistență și rigiditate mecanică ariei 2 de vârfuri. De asemenea, aria 2 de vârfuri mai conține și un strat 18 de pasivare cu rolul de a izola din punct de vedere electric și chimic materialul 15 fotosensibil de mediul exterior. Stratul 18 de pasivare poate fi, dar fără a restrânge generalitatea, din S1O2, S13N4, oxinitrură de Siliciu, oxid de aluminiu sau alte materiale izolatoare electric. Grosimea stratului 18 este întotdeauna mai mică decât înălțimea vârfului / piramidei care formează vârful, de preferință sub o cincime din înălțimea vârfului / piramidei care formează vârful. Fiecare pixel al modulatorului spațial 3 de lumină iluminează un singur vârf, mereu același, al ariei 2 de vârfuri.

Straturile 13 și 14 metalice ale unora dintre vârfuri, de exemplu dar fără a restrânge generalitatea ale vârfurilor situate în colțurile ariei 2 de vârfuri, pot fi accesate electric din exterior - separat de restul vârfurilor în vederea citirii tensiunii electrice dintre stratul 13 metalic și substratul 7 în scopul realizării paralelizării ariei 2 cu substratul 7. Aceste vârfuri cu accesare electrică directă din exterior sunt vârfurile de paralelizare a ariei (2) de vârfuri in raport cu substratul (7). Toate celelalte vârfuri ale ariei 2 de vârfuri au straturile 13 și, respectiv, 14 flotante.

în cazul în care se dorește ca să se lucreze cu aria 2 de vârfuri în regim de depunere electrochimică, aria 2 va mai avea prevăzute din loc în loc niște canale 19 verticale care să ofere acces soluției de electrolit 20 către vârfuri și zona de depunere electrochimică pentru a preveni secătuirea locală a electrolitului 20 în ionii metalici de interes. Electrolitul 20 se află într-un canal mărginit inferior, spre vârfuri, de materialul 17 și, respectiv, mărginit deasupra de capacul 21 izolator electric și transparent la lumina folosită pentru generarea de purtători de sarcină liberi în materialul 15 fotosensibil. Canalul 19 vertical are pereții acoperiți cu un izolator electric astfel încât să nu intre în contact electric și chimic direct cu straturile prin care trece.

Deasupra capacului 21 se află modulatorul spațial de lumină 3, acest modulator spațial de lumină 3 fiind montat fie în contact intim cu capacul 21 fie cu un anumit spațiu între ele. Deasupa modulatorului spațial de lumină 3 se află optica de colimare 4 în sine cunoscută iar deasupra opticii de colimare 4 se află sursa 5 de lumină.

Electrodul 16 semitransparent se polarizează electric negativ în raport cu substratul 7 în toate cazurile cu excepția depunerii electrochimice. în cazul depunerii electrochimice electrodul 16 semitransparent se polarizează pozitiv în raport cu substratul 7.

Materialul 15 fotosensibil poate fi omogen din punct de vedere al compoziției chimice sau neomogen, în cazul omogen, materialul 15 fotosensibil funcționează ca un fotoconductor, conductivitatea sa electrică crescând local cu cât iluminarea locală a sa este mai mare. în acest caz, creșterea conductivității electrice a materialului 15 fotosensibil face ca tensiunea electrică aplicată între electrodul 16 semitransparent și substratul 7 să se aplice cu precădere pe porțiunea strat 13 metalic-substrat 7. Deci, în acest caz, curentul care pleacă din vârful respectiv corespunzător zonei iluminate va fi mai mare. Dacă materialul 15 fotosensibil este neomogen, putem avea două variante. în prima variantă, compoziția materialului de bază este aceeași - de exemplu, dar fără a restrânge generalitatea, Siliciu - iar ceea ce variază spațial pe direcția verticală, adică pe direcția electrod 16 strat 14 metalic - este tipul de dopaj al materialului de bază, dopaj care poate fi de tip p sau de tip n. într-una dintre situații zona dopată n poate fi în proximitatea electrodului 16 iar zona dopată p în proximitatea stratului 14 metalic. într-altă variantă, această ordine poate fi inversată. în aceste două cazuri avem o joncțiune p-n realizată în materialul de bază care alcătuiește stratul 15 fotosensibil, planul joncțiunii pn fiind paralel cu electrodul 16 semitransparent. în cazul cu joncțiune p-n, tensiunea aplicată între electrodul 16 și substratul 7 se adună sau se scade cu tensiunea fotovoltaică produsă de iluminarea materialului 15 fotosensibil. O altă situație este atunci când materialul de bază care alcătuiește materialuLIȘ fotosensibil este de tip n.în acest caz, se formează o heterojoncțiune care, la neomogen chimic, adică este format din două materiale diferite omogene chimic^flecareputând fi de tip p sau «-----— ι_Ί j|_unn .^r^duce.agăe.șșî efecte ca și joncțiunea

p-n a materialului omogen. Atât în cazul joncțiunii p-n cât și al heterojoncțiunii, materialul 15 fotosensibil se află depus doar în zona vârfurilor, sub froma unor insule care acoperă complet straturile 13 și 14 metalice. între aceste insule, și având grosimea egală cu cea totală a acestor insule dată de toate cele trei straturi 13, 14 și 15, se află materialul 18 izolator.

Sursa 5 de lumină poate să fie o lampă, o diodă fotoluminescentă de tip LED, o diodă laser sau un laser de orice alt tip sau un dispozitiv de tip VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), în toate aceste cazuri emisia de lumină făcându-se pe un domeniu spectral care conține domeniul spectral la care stratul 15 fotosensibil răspunde, adică generează perechi de electroni și goluri.

Modul de utilizare al sistemului de nanolitografie este următorul:

- se apropie aria 2 de vârfuri de substratul 7 paralel cu acesta, procedeul deparalelizare fiind descris în cele ce urmează; apropierea se face fie prin translarea pe o direcție perpendiculară pe substratul 7 a întregului bloc 1 de scriere, fie prin translarea în lungul aceleiași direcții a substratului 7

- se aplică de la sursa 9 de tensiune electrică o tensiune electrică constantă sau variabilă în timp, variația temporală depinzând de aplicația dorită, între electrodul 16 semitransparent și substratul 7

- se pornește sursa 5 de lumină care luminează în mod uniform, prin intermediul sistemului optic 4, modulatorul spațial) de lumină, modulatorul spațial 3 de lumină fiind inițial în stare opacă

- modulatorul spațial 3 de lumină stabilește o distribuție spațială a transmisiei sale optice pentru fiecare pixel în parte în conformitate cu comenzile primite de la calculatorul 12 prin intermediul controlerului 11; fiecare pixel, având propria valoare a transmisiei optice, iluminează doar un singur vârf, mereu unul și același, din aria 2 de vârfuri

- fie blocul 1 de scriere, fie de preferință substratul 7 sunt deplasate într-un plan XY paralel cu substratul 7 dar, în unele situații, și pe direcția normală la substratul 7 iar transmisia pixelilor modulatorului spațial 3 de lumină și tensiunea electrică furnizată de sursa 9 de tensiune electrică sunt variate in conformitate cu structurile 2D sau 3D care trebuiesc realizate

- o dată procesul de lucru terminat, sursa 9 de tensiune electrică aduce tensiunea la zero iar modulatorul spațial 3 de lumină trece toți pixelii pe regim opac, sursa 5 de lumină fiind de asemenea oprită

- se îndepărtează blocul 1 de scriere de substratul 7

Ca posibilități de aplicare a sistemului de nanolitografie pe bază de curent electric există mai multe variante, dintre care menționăm:

a) oxidare anodică locală a substratului 7 care trebuie să fie conductor sau semiconductor. în acest caz, procesul se desfășoară în aer, aer îmbogățit în oxigen sau chiar în oxigen, preferabil în prezența vaporilor de apă. De exemplu, dacă substratul 7 este din Siliciu, se formează un strat ultrasubțire de S1O2 chiar în zona de sub vârf, forma acestuia fiind țuguiată și având grosimea maximă a SiO₂ chiar sub vârf. Mișcând aria 2 de vârfuri într-un plan paralel cu substratul 7 și controlând iluminarea locală a stratului 15 fotosensibil, se pot obține traseele de SiO₂ dorite. Oxidul poate rămâne ca atare pe substratul 7, poate servi ca mască de corodare a Siliciului din jur - corodarea făcându-se pe mică adâncime - sau poate fi îndepărtat prin corodare în soluție de HF, în urma sa rămânând un șanț având geometria traseului de S1O2 inițial. în cazul folosirii Cuprului ca strat de deasupra al substratului 7, se obține CuO. Acesta poate servi ca mască pentru depuneri electrochimice pe zonele neoxidate, poate servi ca mască pentru corodări electrochimice ale zonelor neoxidate sau poate fi corodat selectiv în acid acetic anhidru.

b) oxidarea locală a unui strat monomolecular. în acest caz, pe substratul 7 conductor sau semiconductor se depune un strat monomolecular al unor molecule numite calixarene. într-o altă variantă, dacă substratul 7 este acoperit cu Aur, se pot folosi ca strat monomolecular molecule denumite tioli. în ambele situații, are loc oxidarea locală a stratului monomolecular sub acțiunea curentului electric emis de vârfurile ariei 2 de vârfuri în condiții de ambient. Acolo unde are loc oxidarea locală a calixarenei sau a țj.dHpfrsubstratuI 7 devine expus și se poate face fie corodarea selectivă a acestuia, fie depunere^electrochimioa selectivă, fie corodarea electrochimică selectivă a acestuia. Mișcând aria 2 de vârfuri într-un plan paralel cu substratul 7 și controlând iluminarea locală a stratului 15 fotosensibil se obține configurația geometrică dorită a stratului monomolecular.

c) străpungerea electrică a unui polimer. în acest caz, pe substratul 7 se depune un strat subțire polimeric sau monomeric care este izolator electric. Curenții emiși de către vârfurile ariei 2 de vârfuri străpung electric localizat polimerul, modificându-i reactivitatea chimică locală în raport cu anumiți agenți chimici. Modificarea poate fi de tip rupere de legături chimice sau poate fi de tip polimerizare dacă materialul inițial depus pe substratul 7 este un monomer. Acești agenți chimici pot fi agenți de corodare chimică umedă sau de dizolvare sau pot fi sub forma unei plasme de corodare selectivă. Dacă vorbim de un process umed de tip corodare chimică sau dizolvare, atunci fie polimerul nemodificat fie cel modificat de străpungerea electrică pot fi îndepărtați de procesul umed respectiv, lăsând pe substratul 7 partea care nu reacționează / nu se dizolvă în agentul chimic respectiv. în acest fel, se poate obține atât litografie negativă cât și pozitivă, în funcție de polimerul și de agenții chimici utilizați. Similar se întâmplă și cu corodarea în plasmă, unde fie polimerul depus inițial, fie cel modificat de străpungerea electrică sunt îndepărtați în mod selectiv de plasma respectivă. Mișcând aria 2 de vârfuri într-un plan paralel cu substratul 7 și controlând iluminarea locală a stratului 15 fotosensibil, se pot obține traseele dorite.

d) străpungerea locală a unui material anorganic cu amortizare și/sau recristalziare locală. în acest caz, pe substratul 7 conductor sau semiconductor este depus un strat subțire de material dielectric anorganic, de exemplu dar fără a restrânge generalitatea, din categoria materialelor calcogoenice. Curentul electric care iese din vârfurile ariei 2 de vârfuri străpunge dielectricul și produce în acesta fie un fenomen de recristalizare dacă dielectricul este inițial amorf sau de tip sticlă, respectiv de amortizare dacă dielectricul este inițial cristalin. Mișcând aria 2 de vârfuri într-un plan paralel cu substratul 7 și controlând iluminarea locală a stratului 15 fotosensibil, se pot obține traseele dorite. Zonele modificate în urma străpungerii electrice vor avea o rată de corodare umedă sau uscată diferită de a dielectricului inițial, permițând astfel să se realizeze atât litografie pozitivă cât și litografe negativă.

e) schimbarea proprietăților chimice a unui electronorezist similar cu cazul litografiei cu fascicol de electroni tradiționale. în acest caz, se folosesc materiale de tip electronorezist folosite ca reziști în procesul de litografie cu fascicol de electroni. Tensiunile electrice necesare sunt în acest caz de minimum 1 ke\7, procesul fiind similar litografiei cu fascicol de electroni. Diferența față de această tehnică în sine cunoscută constă în numărul mare de surse / vârfuri emițătoare de fascicol de electroni care acționează asupra electronorezistului și în faptul că aria 2 de vârfuri nu conține elemente de focalizare a fascicolului de electroni emis de vârfuri. Confinarea spațială a fascicolului de electroni în cazul nostru se obține din proximitatea dintre vârfurile ariei 2 de vârfuri și substratul 7 și, respectiv, din distribuția puternic neuniformă a câmpului electric în proximitatea vârfului. Mișcând aria 2 de vârfuri într-un plan paralel cu substratul 7 și controlând iluminarea locală a stratului 15 fotosensibil, se pot obține traseele dorite.

f) depuneri electrochimice. în acest caz considerăm realizarea de structuri 3D prin depunere electrochimică a unor metale. Electrodul 16 este polarizat pozitiv iar substratul 7 negativ. O soluție de electrolit 20 se găsește între aria 2 și substratul 7. Procesul de depunere electrochimică, incluzând modul de variație a tensiunii electrice în timp, sunt cele cunoscute din literatura de specialitate. Mișcând aria 2 de vârfuri într-un plan paralel cu substratul 7 dar și pe verticală de o manieră care să permită realizarea structurii 3D dorite și controlând sursa 9 de tensiune electrică și iluminarea locală a stratului 15 fotosensibil, se pot obține structurile 3D dorite. Modul de mișcare paralel cu substratul Ί și, respectiv, pe verticală, sunt dictate de geometriile 3D ale structurilor care trebuiesc realizate. Controlul independent prin iluminare al fiecărui vârf al ariei 2 asigură posibilitatea ca fiecare vârf să realizeze propria structură 3D. Depunerea se face strat cu strat, începând de la substratul 7 în sus / către aria 2 de vârfuri.

Comanda optică a ariei 2 de vârfuri se poate face fie în regim ON/OFF fie pe nivele de gri. Astfel, în regimul ON/OFF, intensitatea luminoasă aplicată pe fiecare pixel corespunzător unui vârf este aceeași și produce o variație a tensiunii electrice dintre oricare vârf și substratul 7 de aceeași valoare pentru toate vârfurile. în varianta cu nivele de gri, intensitatea luminoasă variază în cel puțin trei trepte de valoare, trepte de valoare care pot diferi de la un pixel la altul. în acest caz, modularea tensiunii electrice-dintre oricare vârf și substratul 7 poate fi reglată mai fin și poate varia de la un vârf la altul. în cazul iluminării ρύ ηϊνβΐ,θ de gri, ratele proceselor care au loc pe substratul 7 sub fiecare vârf al ariei 2 de pot varia de'fa un Vârf la altul. De

exemplu, în cazul depunerii electrochimice poate varia curentul de depunere per vârf și, implicit, rata de depunere electrochimică sub vârful respectiv.

Controlul tensiunii electrice dintre oricare vârf al ariei 2 de vârfuri și substratul 7 se poate face fie prin varierea tensiunii electrice aplicate din sursa 9 de tensiune, fie prin variația intensității luminoase aplicate pe pixelul corespunzător vârfului respectiv, fie prin utilizarea împreună a acestor două metode. De asemenea, tensiunea electrică dintre oricare vârf al ariei 2 de vârfuri și substratul 7 poate fi variat în timp după o lege matematică ce permite obținerea procesării dorite pentru traseul respectiv considerat.

Parametrii care controlează procesul tehnologic sunt tensiunea electrică furnizată de către sursa 9 de tesniune electrică, intensitatea luminoasă pe fiecare pixel proiectată de către pixelii modulatorului spațial 3 de lumină, viteza de scanare a ariei 2 de vârfuri sau a substratului 7 în planul XY, respectiv distanța verticală dintre vârfuri / stratul 13 metalic și substratul 7, această distanță pe verticală putând fi constantă sau variată în timp după o lege oarecare, într-un caz particular variația respectivă fiind de tip sinusoidal cu o anumită frecvență și amplitudine în jurul distanței medii electrod (13) - substrat (7).

Este de preferat ca stratul (14) metalic și electrodul (16) semitransparent să formeze contacte ohmice cu materialul (15) fotosensibil.

Pentru a putea realiza nanolitografia pe suprafețe mari, de exemplu dacă aria cipului care trebuie configurat depășește aria cuprinsă între două vârfuri consecutive pe direcția X, sistemul scanează fie substratul 7 fie blocul 1 de scriere, scanarea făcându-se mai întâi în lungul axei X pe o distanță egală cu distanța dintre două vârfuri consecutive, apoi se modifică coordonata Y cu un pas determinat de cea mai mică dimensiune care trebuie obținută și se repetă scanarea pe direcția X, acest ciclu repetându-se până când a fost străbătută toată distanța dintre două vârfuri consecutive pe direcția Y. în acest fel, se asigură conectarea elementelor geometrice care sunt mai mari decât distanța dintre două vârfuri consecutive, părțile componente / subelementele acestora fiind realizate de către fiecare vârf în parte. Pe durata acestui ciclu complet de scriere atât tensiunea electrică aplicată pe aria 2 de vârfuri cât și intensitatea luminoasă pe fiecare pixel în parte variază în concordanță cu traseele ce trebuiesc realizate. Se procedează analog atunci când dacă traseul depășește distanța dintre două vârfuri pe direcția Y, rolurile axelor X și Y schimbându-se între ele față de cazul anterior.

Alinierea pe orizontală în raport cu elemente anterioare situate pe substrat se face prin tehnicile în sine cunoscute de aliniere optică specifice domeniului microelectronicii. Astfel, atât pe substrat cât și pe aria 2 de vârfuri dar în afara acesteia se creează prin tehnici în sine cunoscute așa-numitele semne de aliniere. Acestea pot fi de două feluri: cele care folosesc suprapunerea unor forme identice sau complementare și, respectiv, cele care - prin suprapunerea celor două semne de aliniere, fiecare semn de aliniere reprezentând o anumită rețea de difracție - generează o anumită imagine prin interferență Moire. în acest ultim caz, precizia de aliniere poate ajunge sub 1 nm. Conform literaturii de specialitate, metoda cu interferență Moire poate asigura și ajustarea înclinării ariei de vârfuri în raport cu substratul până la valori de 10^-4 radiani. Paralelizarea mai precisă a ariei 2 de vârfuri în raport cu substratul 7 este descrisă în paragraful următor.

în scopul alinierii ariei 2 de vârfuri paralel cu susbtratul 7, vom folosi trei vârfuri necoliniare aflate în trei colțuri consecutive ale ariei. De exemplu, dacă aria 2 de vârfuri are o formă pătrată, vom folosi trei vârfuri construite special în trei colțuri consecutive ale pătratului. Aceste vârfuri special construite pentru aliniere, numite vârfuri de aliniere și care sunt necoliniare între ele, vor avea electrodul intermediar 13 adresabil electric din exterior. Vârfurile de aliniere au aceeași dimensiune și sunt situate în același plan cu celelalte vârfuri care formează aria 2 de vârfuri. Vârfurile celelalte, cu care se realizează procesul litografic, au electrodul 13 flotant, neconectat direcția circuitul exterior.

Ca metodă de paralelizare cu substratul vom aduce toate cele trei vârfuri menționate la aceeași distanță față de substratul 7, caz în care toate vârfurile ariei 2 vor fi la aceași distanță față de substratul 7.

La început vom aduce cel puțin unul dintre vârfurile de aliniere la o distanță de sub 5 microni față de substratul 7. Această distanță poate fi determinată cu ajutorul unui obiectiv de microscop optic atașat temporar sistemului sau se poate folosi o metodă capacitivă la nivelul întregii arii 2 de vârfuri. După aceea, aria va fi coborâtă pas cu pas, cu pași de sub 100 nm, către substratul 7, determinând de fiecare dată distanța dintre cele trei vârfuri de aliniere și substratul 7. Dacă distanțele diferă, se va roti aria 2 de vârfuri în raport cu cel puțin una dintre cele două axe de rotație care trec prin planul său astfel încât vârfurile să^B^^ipfșe la aceeași distanță față de substratul 7.

Pentru a determina distanța celor trei vârfuri de aliniere față de substratul 7, vom folosi mai întâi metoda capacitivă. Astfel, aplicăm o tensiune electrică între electrodul superior 16 și substratul 7. în acest caz, avem doi capacitori conectați în serie: capacitorul de valoare fixă format din electrodul superior 16 și cel intermediar 13 având ca dielectric stratul 15 fotosensibil și, respectiv, cel format de electrodul 13 de vârf de aliniere și substratul 7, având ca dielectric aerul/vidul. Acest din urmă capacitor este unul variabil, a cărui capacitate depinde de distanța vârf-substrat.

Pentru a determina distanța electrod 13 de vârf de aliniere - substrat 7, există două posibilități:

a) se măsoară capacitatea fie a ansamblului celor doi capacitori conectați în serie, fie a celui format de vârf și substratul 7.

b) se aplică o tensiune electrică cunoscută, continuă sau variabilă în timp, între electrodul superior 16 și substratul 7 și se urmărește variația de tensiune între electrodul 13 de vârf de aliniere și substratul 7. Dacă se aplică o tensiune electrică armonică în timp, se poate folosi detecția de tip lock-in pentru măsurarea de înaltă precizie a variației tensiunii electrice pe capacitorul electrod 13 de vârf de aliniere - substrat 7 și, implicit, a distanței electrod 13 de vârf de aliniere - substrat 7.

Conform simulărilor cu element finit efectuate, putem ajunge în acest mod până la o distanță de 25 nm a electrodului 13 de vârf de aliniere față de substratul 7. Rotația ariei 2 de vârfuri în jurul celor două axe de rotație se face prin intermediul unei bucle de reacție 22 rapide și a unui sistem 23 electr-mecanic de precizie.

Pentru a reduce distanța și mai mult și pentru a crește precizia de paralelizare, se va aplica un fascicol de lumină pe fiecare zonă de material fotosensibil 15 corespunzătoare vârfurilor de aliniere simultan cu aplicarea unei tensiuni electrice continue între electrodul superior 16 și substratul 7. Tensiunea electrică are o astfel de valoare încât să permită apariția unui curent electric de emisie în câmp din vârful electrodului 13 către substratul 7. Circuitul electronic 10 citește valoarea fiecărui curent emis de câtre cele trei vârfuri de aliniere și, prin intermediul unei bucle 22 de reacție rapidă și a unui sistem 23 electro-mecanic de precizie, rotește aria în jurul a cel puțin uneia dintre cele două axe de rotație care trec prin planul acesteia astfel încât cei trei curenți să devină egali. Mai mult, valoarea curentului de emisie în câmp depinde exponențial de valoarea câmpului electric aplicat, deci de distanța electrod 13 de vârf de aliniere - substrat 7. în acest fel, vârfurile pot fi aduse cu mare precizie până la distanța electrod 13 de vârf de aliniere - substrat 7 dorită. Pentru distanțe electrod 13 de vârf de aliniere - substrat 7 și mai mici, se poate folosi curentul tunel care apare în astfel de situații, caz în care precizia de determinare a distanței dintre electrodul 13 de vârf de aliniere și substratul 7 devine de sub 1 Angstrom. Atunci când curenții pe fiecare dintre cele trei vârfuri de aliniere sunt egali, aria 2 de vârfuri este paralelă cu substratul 7.

O dată paralelizarea făcută și vârfurile de aliniere aduse la distanța dorită față de substratul 7 se întrerupe iluminarea fotoconductorului corespunzător celor trei vârfuri de aliniere. Pentru a asigura verificarea periodică a distanței electrod 13 de vârf de aliniere - substrat 7, se iluminează materialul fotosensibil 15 corespunzător celor trei vârfuri de aliniere la intervale de timp alese de utilizator și se compară curenții de emisie în câmp, după care - dacă este cazul - se efectuează realinierea ariei 2 de vârfuri paralel cu substratul 7.

Acest sistem de nanolitografie poate lucra de sine stătător sau în combinație cu alte tipuri de sisteme și tehnici litografice. De exemplu, dar fără a restrânge generalitatea, figurile geometrice de rezoluție spațială joasă / dimensiuni mari se pot realiza prin procedeu de fotolitografie, după care elementele geometrice de rezoluție înaltă / dimensiuni mici sunt realizate cu ajutorul acestui sistem.

Este posibil ca în procesul de fabricare a ariei 2 de vârfuri nu toate vârfurile să fie obținute la fel. Se poate face o primă inspecție folosind tehnici avansate de microscopie, cum este de exemplu microscopia cu baleierea fascicolului de electroni, pentru a determina calitatea vârfurilor și eventualele abateri ale parametrilor geometrici ai acestora. Dacă abaterile sunt semnificative și nu pot fi corectate tehnologic prin procedee tehnologice cu ar fi măcinarea cu fascicol focalizat de ioni (în original Focused Ion Beam milling), aria 2 de vârfuri este considerată rebut și înlăturată. Dacă abaterile sunt acceptabile, atunci se trece la etapa de testare cu configurare de trasee test. Această etapă constă în realizarea unui traseu test 2D având o anumită geometrie, de exemplu un punct și o linie ca în litera Ί’, având toate vârfurile iluminate cu aceeași intensitate luminoasă. Condițiile electrice și de iluminare fiind identice pentru toate vârfurile, orice diferență dintre ele se va observa în diferențele dintre traseele create. Pe baza identificării acestor diferențe se determină modul cum trebuie polarizat electric fiecare vârf astfel încât toate vârfurile să genereze același traseu atunci când între electrodul 16 semitransparentși substratul 7 se aplică o anumită tensiune electrică. Acest control al polarizării pe fiecare vârf se face modulând spațial transmisia modulatorului spațial 3 de lumină în așa fel încât în urma iluminării diferențiate a fiecărui vârf, câmpul electric dintre fiecare vârf și substratul 7 săfig_același. Acest mod de a defini transmisia diferențiată a modulatorului spațial 3 de lumină în scopul conpefifăriildifșrențelor dintre vârfuri se poate realiza pentru mai multe valori ale câmpului electric din imedjatâ^âxîmft^

Corecțiile de iluminare astfel determinate se aplică apoi în procesele de litografie pe bază de curent electric pe care sistemul trebuie să le execute. Procedeul de corecție este:

- se apropie aria 2 de vârfuri de substratul 7 până la distanța la care se poate face procesul de litografie pe bază de curent electric dorit.

- se aplică o tensiune electrică între electrodul 16 semitransparent și substratul 7.

- se iluminează materialul fotosensibil 15 prin intermediul modulatorului spațial 3 de lumină cu o intensitate uniformă pe toată suprafața sa.

- se realizează un traseu 2D de test pe substratul 7 prin litografie cu curent electric, de exemplu fie prin oxidare anodică locală a substratului 7, fie prin oxidarea locală a unui strat monomolecular de rezist sau prin orice altă formă cunoscută de litografie pe bază de curent electric.

- se analizează traseele 2D create.

- se calculează corecția necesară în distribuția de intensitate luminoasă produsă de modulatorul spațial 3 de lumină, corecția fiind pe baza modulării transmisiei optice diferențiate a modulatorului spațial 3 de lumină corespunzătoare fiecărui vârf. Calculul corecției este efectuat de către calculatorul 12.

- se realizează acea distribuție luminoasă de intensitate luminoasă pentru care câmpul electric dintre vârf și substratul 7 este același pentru toate vârfurile.

- se repetă procedeul pentru diferite valori ale câmpului electric din imediata proximitate a vârfurilor. Câmpul electric din proximitatea vârfului este cel dat de aplicarea tensiunii electrice de către sursa 9 de tensiune electrică.

- factorii de corecție astfel determinați pentru diferite valori ale câmpului electric din imediata proximitate a vârfurilor sunt folosiți în toate procesele ulterioare de litografie pe bază de curent electric.

Dăm în continuare un exemplu de realizare a invenției după cum urmează.

Astfel, aria 2 de vârfuri cuprinde un număr de 100 x 100 vârfuri de forma unei piramide cu baza pătrată având înălțimea de 35 microni și latura bazei de 50 microni, distanță dintre vârfurile consecutive fiind de 120 microni. Electrodul intermediar 13 este din Platină cu grosimea de 200 nm, având deasupra sa stratul metalic 14 din Titan cu o grosime de 100 nm. Stratul fotosensibil 15 este din Siliciu nanocristalin și are o grosime de 2 microni. Deasupra sa se află electrodul 16 semitransparent din Titan/Aur având o grosime totală de 20 nm. Materialul izolator 17 este din rășină epoxidică transparentă și are o grosime de 1 cm. Stratul 18 de suport și pasivare este din nitrură de Siliciu și are o grosime de 250 nm, acoperind doar baza metalizată a vârfului. Aria 2 are prevăzute din loc în loc canalele 19 având un diametru de 25 microni, canale 19 care sunt izolate electric de materialele prin care trec cu un strat de AI2O3 depus prin ALD - Atomic Layer Deposition și care are o grosime de 150 nm. Sursa 5 de lumină este o lampă cu deuteriu de putere prevăzută cu monocromator pentru radiația verde. Optica de colimare 4 este în sine cunoscută și colimează fascicolul de lumină ieșit din monocromatorul sursei 3 de lumină. După colimator, fascicolul de lumină trece prin modulatorul spațial de lumină 3 care este format dintr-un ecran de cristale lichide citit prin transmisie și care permite existența a 256 nivele de gri. Blocul 6 de translație cuprinde două măsuțe de translație liniară montate la unghi de 90° Una în raport cu cealaltă, cursa maximă a fiecăreia fiind de 1 mm cu un pas de 10 nm. Blocul 8 de translație verticală este alcătuit dintr-o măsuță de translație liniară cu o cursă de 5 cm și un pas de 10 microni, la care se adaugă un cristal piezo pentru controlul ultrafin al poziționării pe verticală. Sursa 9 de tensiune electrică poate debita o tensiune electrică de până la 5 kV atât polaritate pozitivă cât și polaritate negativă, putând genera tensiune electrică constantă sau variabilă în timp după o lege aleasă de către utilizator. Blocul 10 de citire a tensiunii electrice dintre vârfurile de aliniere și substratul 7 permite citirea tensiunii electrice cu o eroare de 10 nV și poate citi atât în curent continuu cât și în semnal alternativ, în acest din urmă caz fiind cuplat cu un sistem lockin aflat în controlerul 11. Sursa 9 de tensiune electrică precum și modulatorul spațial de lumină 3, blocurile 6 și respectiv 8 de translație, blocul 10 de citire a tensiunii electrice dintre vârfurile de aliniere și substratul 7 sunt comandate de către controlerul 11 care comunică cu calculatorul 12 care este de tip PC. Calculatorul 12 conține toate pachetele software necesare realizării modelului CAD, felierii acestuia în cazul realizării de obiecte 3D, translării contururilor în comenzi ale controlerului și transferarea comenzilor către controlerul 11. Pe lângă acestea, sistemul mai conține bucla 22 de reacție rapidă conenctată la blocul 10 și, respectiv la substrat, bucla 22 de reacție rapidă fiind de tip DSP (DSP = Digital Signal Processor) sau, într-o altă variantă, fiind de tip FPGA (FPGA= Field Programmable Gate Array). Bucla 22 de reacție rapidă comandă sistemul electro-mecanic 23. Sistemul electro-mecanic 23 este alcătuit din două măsuțe de rotație. Aceste măsuțe de rotație rotesc aria 2 de vârfuri în jurul celor două axe perpendiculare aflate în planul său și care trec priri.Trțlj^ăpeîe laturilor perpendiculare ale sale. Cele două măsuțe de rotație pot roti aria 2 de vârfuri cu un unghi m'axjm de f/- 15° și cu un pas de 0,1 microrad. Capacul 21 este din sticlă de cuarț. / /;- ._

Substratul 7 poate fi, de exemplu, o plachetă de Siliciu ca atare prevăzută cu contacte pentru conectarea la sursa 9 de tensiune electrică sau, în altă situație, poate fi o plachetă de Siliciu metalizată cu un strat subțire de metal, metal care poate fi un bistrat Titan/Aur, Titan/Cupru sau alte metale. De asemenea, substratul 7 poate fi o plachetă semiconductoare de Germaniu, GaAs sau alți compuși de tip A III - B V, din grafit, sticlă, cuarț, safir, SiC, diamant. într-una dintre situații, substratul 7 poate fi acoperit cu un strat de grafenă de tip monostrat sau de tip câteva straturi.

într-una dintre variante, electrodul intermediar 13 este acoperit pe suprafața sa exetrioară cu un strat monomolecular de oxid de Bariu cu rol de a diminua lucrul de extracție al electrodului intermediar 13.

Un exemplu de electrolit 20 este soluția cu compoziție în sine cunoscută pe bază de CuSO4 folosită la depunerea electrochimică a Cuprului

Claims (28)

1. REVENDICĂRI

   1. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform invenției caracterizat prin aceea că este alcătuit din blocul (1) de scriere, blocul (6) de translație XY a substratului (7), substratul (7), blocul (8) de translație pe direcția Z verticală, perpendiculară pe planul substratului (7), fie a blocului (1) fie a substratului (7), sursa (9) de tensiune electrică care aplică tensiunea electrică între aria (2) de vârfuri și substratul (7), blocul (10) de citire a tensiunii electrice dintre anumite vârfuri ale ariei (2) de vârfuri și substratul (7), controlerul (11) de gestionare și monitorizare a funcționării a ansamblului tuturor acestor blocuri și al sursei (9) de tensiune electrică, respectiv, calculatorul (12) care, cu ajutorul unor pachete software specifice, comandă întreg ansamblul și permite editarea, conversia și translarea modelelor CAD ale traseelor 2D / obiectelor 3D în comenzile specifice fiecărui bloc în parte, sistemul mai conținând bucla (22) de reacție rapidă, un sistem (23) electro-mecanic de precizie care rotește aria (2) de vârfuri în jurul cel puțin a uneia dintre cele două axe de rotație care trec prin planul acesteia, precum și software-ul necesar care comandă atât modulatorul spațial de lumină (3) cât și sursa (9) de tensiune electrică în conformitate cu traseul ce trebuie desenat.
2. 2. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicării 1 caracterizat prin aceea că blocul (1) de scriere cuprinde aria (2) de vârfuri deasupra căreia se află modulatorul spațial de lumină (3), deasupra acestuia aflându-se optica de colimare (4) a fascicolului de lumină emis de sursa (5) de lumină, optică de colimare (4) ce permite aplicarea unui fascicol paralel, uniform și omogen ca intensitate pe toată suprafața modulatorului spațial de lumină (3).
3. 3. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicării 1 caracterizat prin aceea că aria (2) de vârfuri este formată dintr-un număr de vârfuri ascuțite, vârfuri situate în același plan și la o anumită distanță unul de altul și care pot fi comandate simultan și independent unul de altul, fiecare vârf fiind format dintr-un strat (13) metalic, peste stratul (13) metalic aflându-se depus un strat (14) metalic de aderență pentru materialul (15) fotosensibil, deasupra stratului (15) fotosensibil fiind depus electrodul semitransparent (16) care lasă să treacă lumina ce are o energie a fotonilor suficient de mare astfel încât să poată genera purtători de sarcină liberi în materialul (15) fotosensibil, peste electrodul (16) aflându-se materialul (17) izolator electric și transparent la radiația luminoasă folosită pentru generarea de purtători de sarcină liberi în materialul (15) fotosensibil, precum și un strat (18) de pasivare cu rolul de a izola din punct de vedere electric și chimic materialul (15) fotosensibil de mediul exterior, de preferat fiind ca stratul (14) metalic și electrodul (16) semitransparent să formeze contacte ohmice cu materialul (15) fotosensibil.
4. 4. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicărilor 1 și 3 caracterizat prin aceea că stratul (13) metalic este format dintr-unul dintre metalele Pt, Au, Ir, Rh, Pd, W, Re sau aliaje ale acestora, în unele situații peste suprafața exterioară a stratului (13) metalic fiind depus un strat monomolecular de oxid alcalin cum ar fi CS2O, Rb2O sau oxid alcalino-pământos cum ar fi BaO, SrO sau strat de oxid tranzițional feroelectric cum ar fi HfO2, ZrO2 sau altele asemenea, scopul depunerii acestui strat monomolecular fiind acela de a reduce lucrul de extracție al stratului (13) metalic.
5. 5. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicărilor 1 și 3 caracterizat prin aceea că stratul (14) metalic poate fi, de exemplu dar fără a restrânge generalitatea, din Ti.
6. 6. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicării 1 caracterizat prin aceea că stratul (15) fotosensibil este format dintr-un semiconductor cristalin de bandă largă sau semiconductor amorf sau semiconductor nanocristalin, condiția fiind ca rezistivitatea sa de întuneric să fie foarte mare, stratul (15) fotosensibil putând fi, dar fără a restrânge generalitatea, din Siliciu amorf, din Siliciu nanocristalin, din SiC intrinsec, din ZnO de rezistivitate mare.
7. 7. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicărilor 1,3 și 6 caracterizat prin aceea că stratul (15) fotosensibil este omogen și funcționează ca un fotoconductor, conductivitatea sa electrică crescând cu atât mai mult cu cât iluminarea sa este mai mare.
8. 8. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicărilor 1,3 și 6 caracterizat prin aceea că, în unele situații, stratul (15) fotosensibil este format dintr-o joncțiune p-n, planul joncțiunii p-n fiind paralel cu electrodul (16) semitransparent, tensiunea aplicată între electrodul (16) șLsiibșfrâtul (7) adunânduse sau scăzându-se cu tensiunea fotovoltaică produsă de iluminarea materialului (î5)fo^ de

   care parte a joncțiunii, respectiv partea de tip p sau partea de tip n, se află în contact cu electrodul (16) semitransparent.
9. 9. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicărilor 1,3 și 6 caracterizat prin aceea că, în unele situații, stratul (15) fotosensibil este alcătuit din două materiale semiconductoare diferite care formează o heterojoncțiune, planul heterojoncțiunii fiind paralel cu electrodul (16) semitransparent, tensiunea aplicată între electrodul (16) și substratul (7) adunându-se sau scăzându-se cu tensiunea fotovoltaică produsă de iluminarea materialului (15) fotosensibil în funcție de care din cele două materiale se află în contact cu electrodul (16) semitransparent.
10. 10. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicărilor 1 și 3 caracterizat prin aceea că, în cazul materialului (15) fotosensibil omogen funcționând ca fotoconductor, straturile (13) și (14) metalice se află doar în zona vârfurilor, materialul (15) fotosensibil și electrodul (16) fiind depuse pe întreaga suprafață a ariei (2) de vârfuri.
11. 11. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicărilor 1 și 3 caracterizat prin aceea că, în cazul materialului (15) fotosensibil de tip joncțiune p-n sau de tip heterojoncțiune, stratul (13) metalic, stratul (14) metalic și materialul (15) fotosensibil sunt depuse doar în zona vârfurilor iar între ansamblurile de straturi (13), (14) și (15) ale fiecărui vârf se află stratul (18) de pasivare, electrodul (16) semitransparent fiind depus pe toată suprafața ariei (2) de vârfuri.
12. 12. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicărilor 1 și 3 caracterizat prin aceea că electrodul (16) poate fi, de exemplu dar fără a restrânge generalitatea, o depunere metalică cum ar fi Ti/Au, cu o grosime sub 20 nm sau un semiconductor transparent de tip ITO (oxid de staniu și indiu) sau Cui, electrodul (16) semitransparent fiind polarizat electric negativ în raport cu substratul (7) în toate cazurile cu excepția depunerii electrochimice, iar în cazul depunerii electrochimice electrodul (16) semitransparent fiind polarizat pozitiv în raport cu substratul (7).
13. 13. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicărilor 1 și 3 caracterizat prin aceea că stratul (18) de pasivare poate fi, dar fără a restrânge generalitatea, din S1O2, S13N4, oxinitrură de Siliciu, oxid de aluminiu sau alte materiale izolatoare electric, grosimea stratului (18) fiind întotdeauna mai mică decât înălțimea vârfului, de preferință sub o cincime din înălțimea vârfului.
14. 14. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicărilor 1 și 3 caracterizat prin aceea că aria (2) de vârfuri conține vârfuri de paralelizare ale ariei (2) de vârfuri în raport cu substratul (7), aceste vârfuri de paralelizare având aceleași dimensiuni și fiind situate în același plan cu celelalte vârfuri și fiind plasate de preferință necoliniar în cel puțin trei dintre colțurile ariei (2) de vârfuri atunci când aceasta are o formă poligonală, straturile (13) și (14) metalice ale acestor vârfuri de aliniere putând fi accesate electric din exterior în vederea citirii tensiunii electrice dintre stratul (13) metalic și substratul (7) în scopul realizării paralelizării ariei (2) de vârfuri cu subtratul (7).
15. 15. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicării 1 caracterizat prin aceea că atunci când se lucrează cu aria (2) în regim de depunere electrochimică, aria (2) va mai avea prevăzute din loc în loc niște canale (19) verticale care să ofere acces soluției de electrolit (20) către vârfuri și zona de depunere electrochimică, canalul (19) având pereții izolați electric și chimic în rapprt cu electrodul (16) și materialul (15) fotosensibil, electrolitul (20) aflându-se într-un canal paralel cu planul vârfurilor și mărginit inferior, spre vârfuri, de materialul (17) și, respectiv, mărginit deasupra de capacul (21) izolator electric și transparent la lumina folosită pentru generarea de purtători de sarcină liberi în materialul (15) fotosensibil, deasupra capacului (21) aflându-se modulatorul spațial de lumină (3), acest modulator spațial de lumină (3) fiind montat fie în contact intim cu capacul (21) fie cu un anumit spațiu între ele, deasupa modulatorului spațial de lumină (3) aflându-se optica de colimare (4) în sine cunoscută iar deasupra opticii de colimare (4) fiind amplasată sursa (5) de lumină.
16. 16. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicării 1 caracterizat prin aceea că sursa (5) de lumină poate să fie o lampă, o diodă fotoluminescentă de tip LED.j>-^ipț^laser sau un laser de orice alt tip sau un dispozitiv de tip VCSEL (Vertical Cavity Surface £mitting Laser), îr. toate aceste cazuri

    emisia de lumină făcându-se pe un domeniu spectral care conține domeniul spectral la care stratul (15) fotosensibil răspunde, adică generează perechi de electroni și goluri.
17. 17. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicării 1 caracterizat prin aceea că alinierea pe orizontală în raport cu elemente anterioare situate pe substrat se face prin tehnicile în sine cunoscute de aliniere optică specifice domeniului microelectronicii cum ar fi, de exemplu dar fără a reduce generalitatea, prin crearea atât pe substratul (7) cât și pe aria (2) de vârfuri dar în afara porțiunii acoperite de vârfuri a așa-numitelor semne de aliniere, alinierea făcându-se fie prin suprapunerea acestor semne de aliniere fie prin utilizarea interferenței Moire rezultată prin suprapunerea celor două semne de aliniere pentru a obține o anumită imagine de interferență.
18. 18. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicărilor 1 și 3 caracterizat prin aceea că paralelizarea ariei (2) de vârfuri în raport cu substratul (7) se face folosind următorul procedeu:

    - se aduce cel puțin unul dintre vârfurile de paralelizare la o distanță de sub 5 microni față de substratul (7), distanță care poate fi determinată cu ajutorul unui obiectiv de microscop atașat temporar sistemului sau se poate folosi o metodă capacitivă la nivelul întregii arii (2) de vârfuri.

    - aria (2) de vârfuri este coborâtă pas cu pas, cu pași de sub 100 nm, către substratul (7), determinând de fiecare dată distanța dintre cele trei vârfuri de aliniere și substratul (7).

    - se determină distanța dintre fiecare vârf de aliniere și substratul (7) măsurând capacitatea electrică a condensatorului format de către stratul (13) metalic al fiecărui vârf de paralelizare și substratul (7), capacitatea putând fi măsurată, de exemplu, cu ajutorul circuitului (10)

    - dacă distanțele celor trei vârfuri de paralelizare față de substatul (7) diferă, se va roti aria (2) de vârfuri în raport cu cel puțin una dintre cele două axe de rotație care trec prin planul său folosind sistemul electromecanic (23) de precizie comandat de bucla (22) de reacție rapidă astfel încât vârfurile să fie aduse la aceeași distanță față de substratul (7).

    - pentru a crește precizia de paralelizare, se aplică un fascicol de lumină pe fiecare zonă de material fotosensibil (15) corespunzătoare vârfurilor de aliniere simultan cu aplicarea de către sursa (9) de tensiune electrică a unei tensiuni electrice continue între electrodul superior (16) și substratul (7), tensiunea electrică având o astfel de valoare încât să permită apariția unui curent electric de emisie în câmp din electrozii (13) ai vârfurilor de aliniere către substratul (7).

    - circuitul electronic (10) citește valoarea fiecărui curent emis de către cele trei vârfuri de aliniere și, prin intermediul unei bucle (22) de reacție rapidă și a unui sistem (23) electro-mecanic de precizie, rotește aria în jurul cel puțin a uneia dintre cele două axe de rotație care trec prin planul acesteia astfel încât cei trei curenți să devină egali.

    - pentru distanțe electrod (13) de vârf de aliniere - substrat (7) și mai mici, se poate folosi curentul tunel care apare în astfel de situații.

    - o dată paralelizarea făcută și vârfurile de aliniere aduse la distanța dorită față de substratul (7) se întrerupe iluminarea fotoconductorului corespunzător celor trei vârfuri de aliniere.

    - se aduce aria (2) de vârfuri, prin translarea pe verticală, la distanța de lucru față de substratul (7).

    - pentru a asigura verificarea periodică a distanței electrod (13) de vârf de aliniere - substrat (7), se iluminează materialul fotosensibil (15) corespunzător celor trei vârfuri de aliniere la intervale de timp alese de utilizator și se compară curenții de emisie în câmp, după care - dacă este cazul - se efectuează realinierea paralel cu substratul (7).
19. 19. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicărilor 1, 3 și 18 caracterizat prin aceea că, într-o altă variantă, determinarea distanței dintre electrodul (13) al fiecărui vârf de aliniere și substratul (7) se face astfel:

    - se aplică o tensiune electrică cunoscută, continuă sau variabilă în timp, între electrodul superior (16) și substratul (7).

    - se urmărește variația de tensiune între electrozii (13) al vârfurilor de aliniere și substratul (7), această tensiune electrică depinzând de distanța dintre electrodul (13) al vârfului de aliniere și substratul (7).

    - în cazul când se aplică o tensiune electrică armonică în timp, se folosește detecția de tip lock-in pentru măsurarea de înaltă precizie a variației tensiunii electrice pe capacitorul format de electrodul (13) de vârf de aliniere și substratul (7) și, implicit, a distanței electrod (13) de vârf de aliniere - substrat (7).
20. 20. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicării 1 caracterizat prin aceea că poate lucra de sine stătător sau în combinație cu alte tipuri de sisteme și tehnici litografice, de exemplu dar fără a restrânge generalitatea, figurile geometrice de rezoluție spațială grosieră și/sau dimensiuni mari se pot realiza prin procedeu de fotolitografie, după care elementele geometrice de rezoluție fină și/sau dimensiuni mici sunt realizate cu ajutorul acestui sistem.
21. 21. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicării 1 caracterizat prin aceea că comanda optică a ariei (2) de vârfuri se poate face de către modulatorul spațial (3) de lumină fie în regim ON/OFF fie pe nivele de gri, în acest al doilea caz intensitatea luminoasă putând varia de la un pixel al modulatorului spațial (3) de lumină la alt pixel.
22. 22. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicării 1 caracterizat prin aceea că controlul tensiunii electrice dintre oricare vârf al ariei (2) de vârfuri și substratul (7) se poate face fie prin varierea tensiunii electrice aplicate din sursa (9) de tensiune, fie prin variația intensității luminoase aplicate de pixelii modulatorului spațial (3) de lumină pe vârfurile corespunzătoare fiecăruia dintre ei, fie prin utilizarea împreună a acestor două metode, tensiunea electrică dintre oricare vârf al ariei (2) de vârfuri și substratul (7) putând fi variată în timp după o lege matematică ce permite obținerea procesării dorite pentru traseul respectiv considerat.
23. 23. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicării 1 caracterizat prin aceea că sistemul scanează fie substratul (7) fie blocul (1) de scriere, scanarea făcându-se mai întâi în lungul axei X pe o distanță egală cu distanța dintre două vârfuri consecutive, apoi se modifică coordonata Y cu un pas determinat de cea mai mică dimensiune care trebuie obținută și se repetă scanarea pe direcția X, acest ciclu repetându-se până când a fost străbătută toată distanța dintre două vârfuri consecutive pe direcția Y, pe durata acestui ciclu complet de scriere atât tensiunea electrică aplicată pe aria (2) de vârfuri cât și intensitatea luminoasă transmisă de fiecare pixel al modulatorului spațial (3) de lumină în parte putând varia în concordanță cu traseele ce trebuiesc realizate.
24. 24. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicării 1 caracterizat prin aceea că sistemul poate fi folosit pentru implementarea următoarelor tehnologii:

    a) oxidare anodică locală a substratului (7) care trebuie să fie conductor sau semiconductor, procesul desfășurându-se în aer, aer îmbogățit în oxigen sau chiar în oxigen, preferabil în prezența vaporilor de apă.

    b) prin oxidarea unui strat monomolecular de molecule organice depuse pe substratul (7), cum ar fi dar fără a restrânge generalitatea, moleculele numite calixarene, procesul fiind cel de electro-oxidare locală a stratului monomolecular sub acțiunea curentului electric emis de vârfurile ariei (2) de vârfuri în condiții de ambient.

    c) prin străpungerea electrică a unui strat izolator subțire depus pe substratul (7), cum ar fi dar fără a restrânge generalitatea, un strat subțire de polimer sau un strat subțire de dielectric anorganic, străpungerea electrică având ca efect local în stratul subțire fie ruperea legăturilor chimice, fie cristalizarea dacă stratul este amorf sau de tip sticlă, fie amortizarea dacă stratul este cristalin.

    d) prin utilizarea unor tipuri de electronorezist folosit ca reziști în procesul fascicol de electroni, tensiunile electrice necesare în acest caz fiind de minimum 1

    I

    ΛΊι /1 tradițional cip litografie cu ke)Z procesul fiind similar

    V -¾ . -¹ ff

    litografiei cu fascicol de electroni tradiționale, diferența față de această tehnică în sine cunoscută constând în numărul mare de surse / vârfuri emițătoare de fascicol de electroni care acționează asupra electronorezistului și în faptul că aria (2) de vârfuri nu conține elemente de focalizare a fascicolului de electroni emis de vârfuri.

    e) depunere electrochimică 2D și/sau 3D a unor metale folosind soluția de electrolit (20) situat între aria (2) de vârfuri și substratul (7), în cazul structurilor 3D acestea fiind obținute mișcând aria (2) de vârfuri întrun plan paralel cu substratul (7) dar și pe verticală perpendicular pe substratul (7) și controlând iluminarea locală a stratului (15), controlul independent prin iluminare al fiecărui vârf al ariei (2) de vârfuri asigurând posibilitatea ca fiecare vârf să realizeze propria structură 3D, modul de variație temporală a tensiunii electrice fiind cel cunoscut din literatura de specialitate.
25. 25. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicării 1 caracterizat prin aceea că sursa (9) de tensiune electrică poate furniza o tensiune electrică constantă în timp, sau variabilă în timp după o anumită lege, sau sub formă de impulsuri, impulsurile având o durată identică în timp sau variind de la un moment la altul, o durată între impulsuri constantă în timp sau variind de la un impuls la altul, o amplitudine și o frecvență care pot fi constante sau variabile în timp și bine controlate și corelate cu procesul tehnologic efectuat de către sistem, respectiv poate furniza o tensiune electrică care este o combinație a cel puțin două astfel de regimuri de tensiune electrică.
26. 26. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicării 1 caracterizat prin aceea că procedeul de corectare a variabilității vârfurilor ariei (2) de vârfuri este format din următoarele etape:

    - se apropie aria (2) de vârfuri de substratul (7) până la distanța la care se poate face procesul de litografie pe bază de curent electric dorit.

    - se aplică o tensiune electrică între electrodul (16) semitransparent și substratul (7).

    - se iluminează materialul fotosensibil (15) prin intermediul modulatorului spațial (3) de lumină cu o intensitate uniformă pe toată suprafața sa.

    - se realizează un traseu 2D de test pe substratul (7) prin litografie cu curent electric, de exemplu fie prin oxidare anodică locală a substratului (7), fie prin oxidarea locală a unui strat monomolecular de rezist sau prin orice altă formă cunoscută de litografie pe bază de curent electric.

    - se analizează traseele 2D create.

    - se calculează corecția necesară în distribuția de intensitate luminoasă produsă de modulatorul spațial 3 de lumină, corecția fiind pe baza modulării transmisiei optice diferențiate a modulatorului spațial (3) de lumină corespunzătoare fiecărui vârf astfel încât câmpul electric dintre vârf și substratul (7) este același pentru toate vârfurile.

    - se realizează acea distribuție luminoasă de intensitate luminoasă la ieșirea din modulatorul spațial (3) de lumină pentru care câmpul electric dintre vârf și substratul (7) este același pentru toate vârfurile.

    - se repetă procedeul pentru diferite valori ale câmpului electric în imediata proximitate a vârfurilor.

    - factorii de corecție astfel determinați pentru diferite valori ale câmpului electric în imediata proximitate a vârfurilor sunt folosiți în toate procesele ulterioare de litografie pe bază de curent elelctric.
27. 27. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicării 1 caracterizat prin aceea că parametrii care controlează densitatea de sarcină electrică locală rezultată ca urmare a expunerii la fascicolul de electroni / curentul electric sunt tensiunea electrică aplicată de sursa (9) de tensiune electrică, intensitatea luminoasă oferită de pixelii modulatorului spațial (3) de lumină, viteza de scanare XY a substratului (7) în raport cu aria (2) de vârfuri și, respectiv, distanța pe verticală dintre vârfuri și substratul (7), această distanță pe verticală putând fi constantă sau variată în timp după o lege oarecare, într-un caz particular variația respectivă fiind de tip sinusoidal cu o anumită frecvență și amplitudine în jurul distanței medii electrod (13) substrat (7).
28. 28. Sistem de nanolitografie pe bază de curent electric conform revendicărilor 1, 18 și 19 caracterizat prin aceea că modul de utilizare al sistemului de nanolitografie este următorul:

    - se apropie aria (2) de vârfuri de substratul (7) paralel cu acesta, apropierea făcându-se fie prin translarea pe o direcție perpendiculară pe substratul (7) a întregului bloc (1) de scriere, fie prin translarea în lungul aceleiași direcții a substratului (7) __

    - se aplică o tensiune electrică constantă sau variabilă în timp de.Iașiiirsade tensiune electrică, variația temporală depinzând de aplicația dorită, între electrodul/(16) semițransparerrt și substratul (7)

    - se pornește sursa (5) de lumină care luminează în mod uniform, prin intermediul sistemului optic (4), modulatorul spațial (3) de lumină, modulatorul de lumină fiind inițial în regim opac cu toți pixelii săi

    - modulatorul spațial (3) de lumină stabilește o distribuție spațială a transmisiei sale optice pentru fiecare pixel în parte în conformitate cu comenzile primite de la calculatorul (12) prin intermediul controlerului (11), fiecare pixel, având propria valoare a transmisiei optice, iluminând doar un singur vârf, mereu unul și același, din aria (2) de vârfuri

    - fie blocul (1) de scriere, fie de preferință substratul (7) sunt deplasate într-un plan XY paralel cu substratul (7) dar, în unele situații, și pe direcția normală la substratul (7) iar transmisia pixelilor modulatorului spațial (3) de lumină și tensiunea electrică furnizată de sursa (9) de tensiune electrică sunt variate în conformitate cu structurile 2D sau 3D care trebuiesc realizate

    - o dată procesul de lucru terminat, sursa (9) de tensiune electrică aduce tensiunea la zero iar modulatorul spațial (3) de lumină trece toți pixelii pe regim opac, sursa (5) de lumină fiind de asemenea oprită

    - se îndepărtează blocul (1) de scriere de substratul (7)