RU2529592C2 - Способ электрохимической рентгеновской бесконтактной литографии - Google Patents
Способ электрохимической рентгеновской бесконтактной литографии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2529592C2 RU2529592C2 RU2012148945/28A RU2012148945A RU2529592C2 RU 2529592 C2 RU2529592 C2 RU 2529592C2 RU 2012148945/28 A RU2012148945/28 A RU 2012148945/28A RU 2012148945 A RU2012148945 A RU 2012148945A RU 2529592 C2 RU2529592 C2 RU 2529592C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ray
- electrode
- electrochemical
- mask
- lithography
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области нанотехнологии, описывает способ электрохимического структурирования поверхности материалов и может быть использовано при изготовлении элементов микроэлектроники, однослойных и многослойных печатных плат, оптических элементов, а также других тонкопленочных структур. Сущность изобретения заключается в проведении гальванической обработки материала при одновременном облучении поверхности рабочего электрода рентгеновским излучением. Технический результат - возможность локального (с точностью до 10 нм) ускорения/замедления процессов, протекающих на интерфейсе электрод/электролит. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к области нанотехнологии, описывает способ электрохимического структурирования поверхности материалов и может быть использовано при изготовлении элементов микроэлектроники, однослойных и многослойных печатных плат, оптических элементов, а также других тонкопленочных структур.
Способ электрохимической рентгеновской бесконтактной литографии заключается в проведении гальванической обработки при одновременном облучении поверхности рабочего электрода рентгеновским излучением. Задание требуемого рисунка осуществляется путем пропускания рентгеновского пучка через шаблон, установленный на некотором расстоянии перед электрохимической ячейкой. Рельеф на поверхности электрода создается за счет различных скоростей осаждения/растворения материалов в засвеченных и затененных областях.
Технический результат изобретения заключается в расширении возможностей гальванических методов и литографических подходов, а именно в возможности локального (с точностью до 10 нм) ускорения/замедления процессов, протекающих на интерфейсе электрод/электролит, что может быть использовано для структурирования широкого круга материалов.
Электрохимические подходы к получению металлических, полупроводниковых и диэлектрических покрытий широко применяются в науке и технике. В настоящее время гальванопластика позволяет формировать однородные покрытия на деталях различного размера и формы в промышленных масштабах. Следует отметить, что составы электролитов, используемые для формирования того или иного покрытия, оптимизированы в течение многих десятков лет развития данного метода.
Для контролируемой модификации лишь части поверхности электрода используют методы темплатного электроосаждения (растворения). В этом случае непосредственно на поверхность электрода наносят маску требуемой формы. Неэкранированные участки, на которых в дальнейшем протекает электрохимический процесс, могут быть как макроскопического, так и нанометрового масштабов.
Основными достоинствами гальванопластики с применением шаблонов, формирующих структуру покрытия, являются:
- возможность кулонометрического контроля количества осажденного/растворенного вещества;
- точное копирование структуры нанесенной на поверхность электрода маски;
- возможность создания требуемого рисунка с точностью до нескольких нанометров (зависит лишь от разрешения при нанесении маски);
- проведение синтеза при комнатной температуре, что исключает растрескивание образцов вследствие термической усадки.
К недостаткам электрохимического подхода можно отнести:
- необходимость электрического контакта;
- необходимость обеспечения совместимости маски (шаблона) с раствором электролита.
Известен способ селективного анодирования алюминия и его сплавов, основанный на предварительном нанесении фоторезиста на поверхность электрода [1]. Засветка фоторезиста через шаблон необходимой геометрии, его сушка и последующее проявление позволяют сформировать открытые участки поверхности электрода, на которых в дальнейшем и происходит электрохимический процесс. Недостатками данного метода являются: 1) необходимость нанесения защитного слоя на поверхность электрода, 2) большое число технологических стадий, 3) ограниченное разрешение метода, 4) необходимость обеспечения совместимости фоторезиста с раствором электролита и его устойчивость при протекании электрохимических реакций.
Известен электрохимический литографический подход, основанный на применении иглы сканирующего зондового микроскопа для создания условий для локального протекания электрохимического процесса [2]. Данный способ потенциально позволяет достичь разрешения 10 нм, однако, являясь контактной методикой, не применим для формирования требуемого рисунка на большой площади.
Существует несколько работ, посвященных протеканию электрохимических превращений под действием рентгеновского излучения [3, 4]. Их недостатком является рассмотрение процессов, протекающих в объеме электролита, в то время как способы управления скоростью осаждения/растворения материалов на интерфейсе электрод/электролит с помощью рентгеновского излучения в настоящее время отсутствуют.
Известны работы, посвященные управляемому протеканию электрохимических процессов под действием света [5, 6], которые могут использованы при разработке техники проекционной электрохимической литографии. Однако применение видимого или УФ-света существенно ограничивает предельное разрешение метода, составляющее не менее половины длины волны излучения. Данные решения выбраны в качестве прототипа настоящего изобретения.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по созданию металлических, полупроводниковых и диэлектрических покрытий с контролируемой морфологией на проводящей поверхности путем гальванической обработки с пространственным разрешением до 10 нм. При этом задание требуемого рисунка рельефа создаваемого покрытия не требует непосредственного контакта маски (шаблона) со структурируемой поверхностью.
Технический результат изобретения заключается в расширении возможностей гальванических методов и литографических подходов, а именно в возможности локального (с точностью до 10 нм) ускорения/замедления процессов, протекающих на интерфейсе электрод/электролит, что может быть использовано для структурирования широкого круга материалов.
Указанный технический результат достигается тем, что гальваническая обработка материала проводится при одновременном облучении поверхности электрода рентгеновским излучением.
Для облучения поверхности рабочего электрода используют поток рентгеновского излучения с интенсивностью более 1013 фотонов/(с*см2). Энергия фотонов рентгеновского излучения составляет более 50 эВ.
Геометрию создаваемой на поверхности электрода структуры задают распределением интенсивности рентгеновского излучения с помощью фазового, амплитудного или амплитудно-фазового шаблона (маски). Маску располагают на некотором расстоянии от структурируемой поверхности.
Рабочий электрод выступает в качестве катода (при катодном осаждении) или анода (при анодном получении покрытия). Используют потенциостатические, гальваностатические и потенциодинамические режимы осаждения/растворения.
Используют водные, органические и водно-органические электролиты.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими рисунками.
Фиг. 1. Схема проведения электрохимической рентгеновской бесконтактной литографии.
Фиг. 2. Микрофотография кремниевой амплитудно-фазовой дифракционной решетки с периодом 4 микрона.
Фиг. 3. Распределение интенсивности рентгеновского излучения на поверхности электрода. Более светлые области соответствуют участкам с большей интенсивностью рентгеновского излучения.
Фиг. 4. Микрофотография поверхности электрода после потенциостатического осаждения никеля на изначально гладкую поверхность золотого электрода. Более светлые области соответствуют участкам с большей толщиной.
Фиг. 5. Модуляция толщины никелевого покрытия вдоль поверхности электрода (по данным локального рентгеноспектрального микроанализа).
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом (Фиг. 1).
Для облучения поверхности рабочего электрода используют поток
рентгеновского излучения с интенсивностью более 1013 фотонов/(с*см2).
Энергия фотонов рентгеновского излучения составляет более 50 эВ.
Геометрию создаваемой на поверхности электрода структуры задают распределением интенсивности рентгеновского излучения.
Модуляцию интенсивности задают с помощью фазового, амплитудного или амплитудно-фазового шаблона (маски).
Маску располагают на некотором расстоянии от структурируемой поверхности.
Рабочий электрод выступает в качестве катода (при катодном осаждении) или анода (при анодном получении покрытия).
Используют потенциостатические, гальваностатические и потенциодинамические режимы осаждения/растворения.
Используют водные, органические и водно-органические электролиты.
Нижеследующий пример иллюстрирует сущность изобретения, но никоим образом не ограничивает область его применения.
Пример 1.
Периодически структурированную пленку никеля получают методом электрохимической рентгеновской бесконтактной литографии следующим образом.
В качестве подложки для создания периодически структурированного металлического покрытия используют монокристаллические пластины Si с нанесенным на их поверхность методом вакуумного термического напыления слоем Au толщиной 100 нм. Электроосаждение никеля проводят в трехэлектродной конфигурации (Фиг. 1). В качестве вспомогательного электрода используют платиновую проволоку, свернутую в виде кольца, и расположенную на расстоянии 3 мм от рабочего электрода (Au/Si). В качестве электрода сравнения применяют насыщенный (KCl) Ag/AgCl электрод, подсоединенный к электрохимической ячейке через капилляр Луггина. Электроосаждение проводят из водного раствора, содержащего 0,6 М NiSO4, 0,1 М NiCl2, 0,3 М H3BO3 при комнатной температуре и постоянном потенциале Е d = -0,8 В относительно электрода сравнения. Переднюю стенку электрохимической ячейки изготавливают из каптона - практически прозрачного материала для рентгеновского излучения.
Перед электрохимической ячейкой устанавливают кремниевую амплитудно-фазовую дифракционную решетку с периодом 4 микрона (Фиг. 2) на расстоянии до образца, равном половине длины Тальбо: ZT/2= d 2/λ (Фиг. 1). Здесь и далее d - периодичность дифракционной решетки, λ - длина волны рентгеновского излучения. Для создания периодического освещения электрода вдоль его поверхности (Фиг. 3), дифракционную решетку освещают пучком коллимированного рентгеновского излучения с длиной
волны 1 Å, монохроматичностью не хуже Δλ/λ ~ 10-4, характеризующегося потоком фотонов не менее 1015 фотонов/с и расходимостью менее < 0,4 мкрад.
Продолжительность выбирают в зависимости от толщины требуемого металлического покрытия. После электроосаждения образец извлекают из электрохимической ячейки и промывают деионизованной водой. Микроструктуру и толщину полученной пленки аттестуют с помощью растровой электронной микроскопии (Фиг. 4) и локального рентгеноспектрального микроанализа (Фиг. 5). Отчетливо видно, что рельеф полученной Ni пленки (Фиг. 4) в точности повторяет распределение интенсивности рентгеновского излучения на поверхности образца (Фиг. 3). На облученных участках образца толщина металлического покрытия оказывается больше. В приведенном примере дифракционная решетка располагалась на расстоянии d 2/λ от плоскости образца, что соответствует воспроизведению дифракционной решетки в плоскости образца: период между выступами металла (Фиг. 5) в точности совпадает с периодом решетки (Фиг. 2). Варьирование расстояния между маской и образцом может быть использовано с целью контроля периодичности создаваемой структуры.
Список литературы
1. D. Routkevich, US 2002/0118027 A1, 2000.
2. F.С.Simeone, С.Albonetti, M. Cavallini, J. Phys. Chem. С 2009, 113, 18987-18994.
3. Q. Ma, N. Moldovan, D.C. Mancini, R.A. Rosenberg, J. Appl. Phys. 2001, 89, 3033-3040.
4. V. Kaajakari, US, WO/2008/080004, 2008.
5. Y.V.Pleskov, Z.A.Rotenberg in Adv. Electrochem. Electrochem. Eng., Vol.11 (Eds.: H. Gerischer, C.W. Tobias), Wiley, New York, 1978, pp.1-124.
6. N.M.Alpatova, L.I.Krishtalik, Y.V.Pleskov, in Top.Curr. Chem., Vol.138 (Eds.: M. J. S. Dewar, et al.), Springer, Berlin, 1987, p.149.
Claims (9)
1. Способ электрохимической рентгеновской бесконтактной литографии, заключающийся в проведении гальванической обработки материала при одновременном облучении поверхности рабочего электрода рентгеновским излучением.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток рентгеновского излучения составляет более 1013 фотонов/(с*см2).
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что энергия фотонов рентгеновского излучения составляет более 50 эВ.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что геометрия создаваемой на поверхности электрода структуры определяется распределением интенсивности рентгеновского излучения.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что модуляция интенсивности задается с помощью фазового, амплитудного или амплитудно-фазового шаблона (маски).
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что маску располагают на некотором расстоянии от структурируемой поверхности.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочий электрод выступает в качестве катода или анода.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что используются потенциостатические, гальваностатические и потенциодинамические режимы осаждения/растворения.
9. Способ по п.7, отличающийся тем, что используются водные, органические и водно-органические электролиты.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012148945/28A RU2529592C2 (ru) | 2012-11-19 | 2012-11-19 | Способ электрохимической рентгеновской бесконтактной литографии |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012148945/28A RU2529592C2 (ru) | 2012-11-19 | 2012-11-19 | Способ электрохимической рентгеновской бесконтактной литографии |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012148945A RU2012148945A (ru) | 2014-05-27 |
RU2529592C2 true RU2529592C2 (ru) | 2014-09-27 |
Family
ID=50774995
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012148945/28A RU2529592C2 (ru) | 2012-11-19 | 2012-11-19 | Способ электрохимической рентгеновской бесконтактной литографии |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2529592C2 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2296820C2 (ru) * | 2001-06-15 | 2007-04-10 | Реплизаурус Текнолоджиз Аб | Способ и электрод для определения и репликации шаблонов в проводящих материалах |
US20080073572A1 (en) * | 2006-07-20 | 2008-03-27 | Siegfried Schwarzl | Systems and methods of measuring power in lithography systems |
RU2426194C1 (ru) * | 2010-05-24 | 2011-08-10 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Способ изготовления наноструктурного омического контакта фотоэлектрического преобразователя |
US20110233487A1 (en) * | 2010-03-03 | 2011-09-29 | Gwangju Institute Of Science And Technology | Synthesis of Chalcogenide Ternary and Quaternary Nanotubes Through Directed Compositional Alterations of Bacterial As-S Nanotubes |
-
2012
- 2012-11-19 RU RU2012148945/28A patent/RU2529592C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2296820C2 (ru) * | 2001-06-15 | 2007-04-10 | Реплизаурус Текнолоджиз Аб | Способ и электрод для определения и репликации шаблонов в проводящих материалах |
US20080073572A1 (en) * | 2006-07-20 | 2008-03-27 | Siegfried Schwarzl | Systems and methods of measuring power in lithography systems |
US20110233487A1 (en) * | 2010-03-03 | 2011-09-29 | Gwangju Institute Of Science And Technology | Synthesis of Chalcogenide Ternary and Quaternary Nanotubes Through Directed Compositional Alterations of Bacterial As-S Nanotubes |
RU2426194C1 (ru) * | 2010-05-24 | 2011-08-10 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Способ изготовления наноструктурного омического контакта фотоэлектрического преобразователя |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012148945A (ru) | 2014-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2001105400A (ja) | 細孔の製造方法、並びに該製造方法により製造された細孔および該細孔を有する構造体 | |
US8453319B2 (en) | Process for forming a hexagonal array | |
JP2008507630A (ja) | マイクロ及びナノデバイスの製造工程 | |
Kowalik et al. | Electrodeposition of cadmium selenide | |
Davydov et al. | Electrochemical local maskless micro/nanoscale deposition, dissolution, and oxidation of metals and semiconductors (a review) | |
Mendoza-Diaz et al. | High surface area TiO2 photocatalyst for H2 production through silicon micromachining | |
Larsson et al. | Electrochemical fabrication and characterization of palladium nanowires in nanoporous alumina templates | |
Voigt et al. | Facile fabrication of nanostructured alumina membranes | |
RU2529592C2 (ru) | Способ электрохимической рентгеновской бесконтактной литографии | |
Sahoo et al. | Dynamic electrolyte spreading during meniscus-confined electrodeposition and electrodissolution of copper for surface patterning | |
Kim et al. | Photochemical Preparation of Sub‐Wavelength Heterogeneous Laser‐Induced Periodic Surface Structures | |
Shishov et al. | Laser-induced deposition of copper from deep eutectic solvents: optimization of chemical and physical parameters | |
KR102561196B1 (ko) | 다공성 나노구조체의 제조방법, 이에 의해 제조된 다공성 나노구조체를 갖는 3차원 전극 및 센서, 다공성 나노구조체 제조장치 | |
CN101759143A (zh) | 一种在硅表面可控生长微纳孔结构的方法 | |
Holubowitch et al. | Porous alumina thin films on conductive substrates for templated 1-dimensional nanostructuring | |
Ongaro et al. | Electrochemical synthesis and characterization of hierarchically branched ZnO nanostructures on ensembles of gold nanowires | |
Rosenbaum et al. | Electro-and photochemical studies of gold (III) bromide towards a novel laser-based method of gold patterning | |
RU151072U1 (ru) | Устройство формирования металлических наноразмерных объектов | |
Kikuchi et al. | Fabrication of three-dimensional platinum microstructures with laser irradiation and electrochemical technique | |
Borgohain et al. | Effect of conductive and non-conductive substrates on the formation of anodic aluminum oxide (AAO) template for mask-less nanofabrication | |
Wolf et al. | Laser directed dynamic hydrogen template deposition of porous Pt@ Ag networks | |
Brinkert et al. | Advancing semiconductor–electrocatalyst systems: application of surface transformation films and nanosphere lithography | |
Ryu et al. | Fabrication of stainless steel metal mask with electrochemical fabrication method and its improvement in dimensional uniformity | |
Xu et al. | High-efficiency localized electrochemical deposition based on ultrafast laser surface modification | |
Tiginyanu et al. | Template assisted formation of metal nanotubes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151120 |