Методы литографии в наноинженерии. Книга 9

Конспект лекций 
1 

 
 
 
 
 
 
 
 
КОМПЛЕКТ 

учебно-методических комплексов дисциплин 
по тематическому направлению деятельности 
национальной нанотехнологической сети 

«НАНОИНЖЕНЕРИЯ» 

Методы литографии в наноинженерии 

БИБЛИОТЕКА «НАНОИНЖЕНЕРИЯ» 

 
В семнадцати книгах 
 
 
 1. МЕТОДЫ МИКРОСКОПИИ 

 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 
В НАНОИНЖЕНЕРИИ 

 3. ВЫСОКОВАКУУМНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ  
В НАНОИНЖЕНЕРИИ 

 4. МНОГОКОМПОНЕНТНОЕ 3D-ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
НАНОСИСТЕМ 

 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ 
НАНОСИСТЕМ 

 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАНОСЕНСОРОВ 

 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ 
НАНОСИСТЕМ 

 8. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ НАНОСИСТЕМ 

 9. МЕТОДЫ ЛИТОГРАФИИ В НАНОИНЖЕНЕРИИ 

 10. ЭЛИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ 

 11. ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ 

 12. ОПТИЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ 

 13. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ  
НАНОСИСТЕМ 

 14. ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ МИКРО- 
И НАНОСИСТЕМ 

 15. БИОНАНОИНЖЕНЕРИЯ 

 16. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАНОИНЖЕНЕРИИ 

 17. САПР НАНОСИСТЕМ 

 
 
 
 
Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана 
Москва 2011 

Конспект лекций 
3 

В.В. Макарчук, И.А. Родионов, Ю. Б. Цветков 
 
 
 
 
 
МЕТОДЫ ЛИТОГРАФИИ  
В НАНОИНЖЕНЕРИИ 
 
 
 
 
Учебно-методический комплекс 
по тематическому направлению деятельности 
ННС «Наноинженерия» 
 
 
 
Под редакцией заслуженного деятеля науки РФ, 
члена-корреспондента РАН, профессора 
В. А. Шахнова 
 
 
Допущено учебно-методическим объединением вузов 
по университетскому политехническому образованию 
в качестве учебного пособия для студентов 
высших учебных заведений, обучающихся 
по направлению 152200 «Наноинженерия» 
 

 

Методы литографии в наноинженерии 

УДК 004.3'1 
ББК 30.61 
 
М15 
 
УМК подготовлен в соответствии с заданием государственного  контракта 
№ 16.647.12.2008 на выполнение работ в рамках направления 2 федеральной  
целевой программы «Развитие инфраструктуры  
наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2011 годы» 
 
Рецензенты: 

кафедра «Вакуумная электроника» Московского физико-технического 
института (зав. кафедрой, академик РАН  А. С. Бугаев); 
кафедра «Электроника и информатика» Российского государственного 
технологического университета им. К. Э. Циолковского 
(зав. кафедрой, профессор  С. Б. Беневоленский) 
 

М15 

Макарчук В. В.

Методы литографии в наноинженерии : учеб. пособие / В. В. Ма
карчук, И. А. Родионов, Ю. Б. Цветков. – М. : Изд-во МГТУ 
им. Н. Э. Баумана, 2011. – 176 с. : ил. (Библиотека «Наноинженерия» : в 17 кн. Кн. 9).

 
ISBN 978-5-7038-3500-5 (кн. 9) 
 
ISBN 978-5-7038-3509-8 
 
Методические материалы по дисциплине «Методы литографии в наноинженерии» содержат ее нормативную базу, рекомендации по организации  
и проведению лекций, практических занятий, семинаров, лабораторных работ 
и деловых игр, перечень учебных видео- и аудиоматериалов, слайдов, типовых плакатов и другие дидактические материалы, необходимые для работы 
профессорско-преподавательского состава по данной дисциплине. 
Для студентов, аспирантов и преподавателей высших технических 
учебных заведений по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Наноинженерия». Будут полезны всем, занимающимся вопросами нанотехнологий, наноинженерии, проектированием МЭМС  
и НЭМС, созданием электронных систем различного назначения. 
 
УДК 004.3'1 
ББК 
30.61 
 
 
 Макарчук В. В., Родионов И. А., 
Цветков Ю. Б., 2011 
 
 Министерство образования 
 
 
и науки РФ, 2011 
ISBN 978-5-7038-3500-5 (кн. 9) 
 Оформление. Издательство МГТУ 
ISBN 978-5-7038-3509-8 
 
им. Н. Э. Баумана, 2011 

Конспект лекций 
5 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Успех в продвижении России по нанотехнологическому пути 
развития во многом будет зависеть от эффективности системы 
подготовки кадров, для создания и развития которой необходимо 
современное и качественное учебно-методическое обеспечение. 
Основная особенность нанотехнологии – ее междисциплинарный характер, который требует особых методических приемов 
и подбора соответствующего научного и учебного материала. 
В настоящее время имеется существенная нехватка учебнометодического обеспечения такого характера. Поэтому адаптация 
учебно-методического обеспечения для подготовки кадров по программам высшего профессионального образования для тематических направлений ННС и его апробация на базе ведущих университетов Российской Федерации направлены на реализацию инновационной модели образования, подразумевающую тесную связь 
учебного и научно-исследовательского процесса на базе проектных методов обучения, современных экспериментальных методик 
и перспективных технологических процессов создания наноматериалов, наноструктур, приборов, устройств и систем на их основе. 
Современные образовательные программы должны обеспечивать 
приобретение студентами профессиональных навыков и компетенций, необходимых для эффективной и самостоятельной работы 
в наноиндустрии. 
В связи с этим актуальной задачей является разработка и издание УМК, которые обеспечат учебно-методическую поддержку 
подготовки бакалавров и магистров по основным образовательным 
программам высшего профессионального образования по тематическому направлению деятельности ННС «Наноинженерия» образовательными учреждениями высшего профессионального образования на территории Российской Федерации. 
Целью создания данного комплекта УМК является повышение 
эффективности междисциплинарной подготовки бакалавров и магистров путем распространения передового опыта в разработке 

Методы литографии в наноинженерии 

УМО среди вузов, осуществляющих подготовку по тематическим 
направлениям ННС, и внедрения компонентов вариативного 
маршрутного обучения на базе адаптированного учебно-методического комплекса дисциплин по тематическому направлению деятельности ННС «Наноинженерия». 
УМК разработаны коллективом авторов в рамках реализации 
федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры 
наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2011 годы». 
На базе представленных УМК создана вариативная система 
маршрутного междисциплинарного обучения студентов по тематическому направлению деятельности ННС «Наноинженерия», 
обеспечивающая подготовку квалифицированных специалистов 
с соответствующими профилями. Разработаны электронные версии учебно-методических комплексов дисциплин на основе Webверсии, соответствующей стандарту SCORM 2004, 3rd edition 
(http://nanolab.iu4.bmstu.ru). 
Глубокую благодарность авторы выражают рецензентам: А. С. Бугаеву – академику РАН, заведующему кафедрой Московского физико-технического института, и С. Б. Беневоленскому – профессору,  
заведующему кафедрой Российского государственного технологического университета им. К. Э. Циолковского, чьи замечания способствовали улучшению содержания УМК. 
Разработанные 17 УМК обеспечат учебно-методическую поддержку подготовки бакалавров и магистров по основным образовательным программам высшего профессионального образования 
по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Наноинженерия» образовательными учреждениями высшего профессионального образования на территории Российской Федерации. 
Авторы будут признательны читателям за все замечания по содержанию УМК, которые следует направлять по адресу: 105005, 
Москва, 2-я Бауманская ул., МГТУ им. Н. Э. Баумана. 
 
В. А. Шахнов 

Конспект лекций 
7 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 

ДХН-резисты –
резисты на основе диазохинонов (ДХ) с новолачной смолой

КМОП
–
комплементарная металл–окисел–полупроводниковая технология производства интегральных 
микросхем

КР
–
курсовая работа

САПР
–
система автоматизированного проектирования

СБИС
–
сверхбольшая интегральная микросхема

ТП
–
технологический процесс

ЭВС
–
электронно-вычислительная система

ЭС
–
электронное средство

AAPSM
–
Аlternating aperture phase shift mask – фазосдвигающие шаблоны с сильным сдвигом фазы

CD
–
Сritical dimension – критический размер. Обычно минимальный размер элементов, характерный для данного топологического слоя

DOF
–
Depth of focus – глубина фокуса

EAPSM
–
Embedded attenuated phase shift mask – полутоновые фазосдвигающие шаблоны

E0
–
доза экспонирования, необходимая для полной 
засветки резиста

MBOPC
–
Model-based optical proximity correction – метод 
коррекции оптического эффекта близости, основанный на моделировании переноса изображения

NA
–
Numerical aperture – числовая апертура объектива

NILS
–
Normalized image log-slope – нормализованный 
показатель интенсивности изображения

PSM
–
Phase shift mask – фазосдвигающие шаблоны

RBOPC
–
Rule-based optical proximity correction – метод 
коррекции оптического эффекта близости, основанный на таблицах правил коррекции

Методы литографии в наноинженерии 

TCAD
–
Technology computer added design – система автоматизированного проектирования технологии

SCALPEL
–
Scattering with Angular Limitation for Projection 
Electron Lithography – технология проекционного электронно-лучевого экспонирования

Конспект лекций 
9 

ВВЕДЕНИЕ 

Дисциплина «Методы литографии в наноинженерии» охватывает основные вопросы технологии литографических процессов, 
которая, являясь на сегодняшний день определяющим технологическим процессом (далее ТП) формирования микроэлектронных 
структур, дает возможность формирования наноразмерных элементов в производстве современных электронных устройств. Литография представляет собой один из наиболее сложных ТП  
в микроэлектронном производстве как по применяемым инструментальным методам, так и по технологическим приемам. Необходимо отметить, что на современном уровне развития техники  
и технологии литография обеспечивает возможность массового 
производства СБИС с проектными нормами менее 100 нм, что 
позволяет говорить о переходе в область нанотехнологий. 
Методологически дисциплина «Методы литографии в наноинженерии» построена на основе оптимального соотношения теоретических и прикладных вопросов с обязательным участием студентов в самостоятельном исследовании особенностей процесса 
проекционной литографии. Программа дисциплины направлена на 
решение задач, которые ставятся перед специалистами в современных условиях разработки и производства наноэлектронных 
устройств, требующих широких знаний как в области проектирования, так и технологии производства ЭС. Лабораторные работы, 
включенные в состав дисциплины «Методы литографии в наноинженерии», спланированы таким образом, чтобы студенты могли 
закрепить и расширить знания, полученные ими в лекционном 
курсе. 
Для того чтобы эффективно решать задачи разработки и внедрения литографических процессов, разработаны автономные средства моделирования, которые предоставляют возможность определения оптимальных параметров процессов по результатам модельного эксперимента. Следует отметить, что стандартные САПР 
литографии не обеспечивают требуемый уровень точности мо

Методы литографии в наноинженерии 

дельных экспериментов для специфических условий полупроводникового производства с уникальным, в каждом конкретном случае, составом оборудования, особенностями ТП и используемыми 
химическими реагентами. Только тщательная характеризация ТП 
литографии позволяет определить параметры модели в САПР литографии таким образом, чтобы получаемые с его помощью результаты обладали высокой степенью точности и учитывали специфику реального ТП. Особое значение приобретают технологические 
методы, 
которые 
позволяют достигать 
разрешения 
процесса выше классических значений рэлеевской оптики за счет 
учета всех факторов работы оборудования, материалов и режимов 
обработки. 
Учитывая перечисленные особенности процесса литографии, 
его сложность и высокую стоимость оборудования и материалов,  
в состав курса «Методы литографии в наноинженерии» включены 
лабораторные работы по моделированию процесса литографии. 
Лабораторные работы ориентируют студентов на решение типовых задач моделирования технологических процессов проекционной литографии, возникающих при производстве элементной базы 
электронной аппаратуры, выбор адекватных физическим процессам моделей, методов, алгоритмов, прикладных пакетов и технических средств, обладающих максимальной эффективностью. Темы лабораторных работ и их содержание связаны с формированием и развитием у будущих специалистов практических навыков 
решения задач с использованием современных САПР моделирования процесса литографии. 
В составе дисциплины «Методы литографии в наноинженерии» 
предусмотрены теоретические разделы, по которым имеются доступные учебно-методические материалы и учебная литература, 
изучаемые студентами самостоятельно под контролем преподавателя. Содержание соответствующих тем разделов направлено на усиление роли фундаментальных знаний в теоретической и практической подготовке студентов и способствует формированию фундаментальных 
системных 
знаний 
и 
развитию 
творческих 
способностей.