Дмитрий Соколов - Патентование изобретений в области высоких и нанотехнологий

Литература

1. Feiman R.P. Theres Plenty of Room at the Bottom. An Invitation to Enter a New Field of Physics. – Engineering and Science, 1960, vol. 23, № 5, p. 22–36.

2. Tanigychi N. On the Basic Concept of Nanotechnology // Proc. Int. Conf. Prod. Eng., Part 2, Tokyo, 1974. – p. 18–23.

3. Gleiter, H. Deformation of Polycrystals: Mechanism and microstructures // Proc. of 2nd RISO Symposium on Metallurgy and Materials Science. – Roskilde, 1981, p. 15–21.

4. Удовицкий В.Г. О терминологии, стандартизации и классификации в области нанотехнологий и наноматериалов. – ФИП, 2008, т. 6, № 3–4, с. 193–201.

5. Заявка RU2007145957. Способ получения водорастворимых форм биологически активных веществ. 12.12.2007.

6. Заявка PCT/RU2009/000191. Состав для придания волокнистым материалам антимикробных и фунгицидных свойств.

7. Заявка W02006091291. Apparatus and process for carbon nanotube growth. 13.01.2006.

8. Патент TW238421B. Conductive material using carbon nanotubes and process for preparing same. 18.07.2002.

9. Заявка JP2005187309. Method and apparatus for manufacturing carbon nanotube. 09.02.2004.

10. Абрамян А.А., Балабанов В.И., Беклемышев В.И., Вартанов РВ., Махонин И.И., Солодовников В.А. Основы прикладной нанотехнологии. – М.: Издательский дом «Магистр-пресс», 2007. – 197 с.

11. Заявка RU2007131065. Устройство роста углеродных нанотрубок методом пиролиза этанола. 15.08.2007.

12. Шека Е.Ф. Химическая теория и расчеты наноуглеродов: фуллерены, нанотрубки, графены. Нанонаука и нанотехнологии. Энциклопедия систем жизнеобеспечения. – М.: Издательство ЮНЕСКО, 2009, с. 415–444.

13. Заявка RU2009142861. Способ получения атомно-тонких монокристаллических пленок. 23.11.2009.

14. Патент RU2340656. Способ получения нанодисперсной водотопливной эмульсии и устройство для его осуществления. 01.06.2006.

15. Патент RU2344874. Способ диспергирования жидкостей, их смесей и взвесей твердых тел в жидкостях. 09.08.2007.

Глава 4 Использование традиционных технологий для получения наноэлементов

Данный вопрос хорошо иллюстрируется на примере микроэлектроники, которая постепенно перешла в субмикронную электронику и далее в наноэлектронику. Для формирования элементов микроэлектроники традиционно использовались: фотолитография, ионная и электронная технологии, а также рентгенолитография. Совершенствуясь, фотолитография постепенно уходила в область глубокого ультрафиолета и достигла к настоящему времени возможности формирования элементов с размерами менее 100 нм. Электронная литография уже к началу 90-х годов XX века достигла возможности формирования элементов с размерами порядка нескольких десятков нанометров [1, 2]. Однако для массового производства изделий наноэлектроники ионная и электронная литографии были непригодны из-за их низкой производительности, хотя для изготовления шаблонов эти технологии оказались незаменимы. Они развивались эволюционно и поэтому патентование этих технологий было связано с защитой новых модификаций старого оборудования [3, 4].

Особый интерес с точки зрения патентования может представлять нетрадиционное использование известных технологий для получения нанообъектов. Одной из них является технология спейсеров. Она заключается в том, что тонкую пленку 1 (рис. 4.1) нанометровой толщины (эти пленки научились получать еще на заре микроэлектроники), помимо нанесения на горизонтальные поверхности, наносят еще и на вертикальную стенку 2 плоского элемента 3, сформированного на подложке 4.

Рис. 4.1. Технология спейсеров: 1 – тонкая пленка; 2 – вертикальная стенка; 3 – плоский элемент; 4 – подложка

Потом происходит плазмохимическое травление пленки 1, она снимается с горизонтальных поверхностей элемента 3 и подложки 4, но остается на вертикальной стенке 2 элемента 3. Таким образом, толщина пленки преобразуется в ширину элемента. Этот процесс повторяется и в результате получается набор наноэлементов с сохранением соответствующих толщин последовательно нанесенных и стравленных с горизонтальных плоскостей тонких пленок. Подробнее этот процесс описан в патенте [5].

В полном объеме этот технологический цикл получения конечных наноэлементов очень сложен и состоит из большого количества операций, в результате чего формула изобретения этого процесса приобрела слишком громоздкий вид и возможностей ее сокращения было немного, так как многие этапы процесса невозможно убрать либо хотя бы представить в общем виде. Когда в формуле изобретения присутствует большое количество отличительных признаков как в независимом, так и в зависимых пунктах, необходимо следить, чтобы количество технических эффектов от их использования было минимально и экспертиза не обнаружила нарушение единства изобретения. Особенно это важно для независимого пункта формулы изобретения и если там окажутся признаки, улучшающие только не основные характеристики процесса, то лучше эти признаки перенести в зависимые пункты. Однако, несмотря на новизну и изобретательский уровень, технология спейсеров из-за своей сложности не получила широкого распространения в качестве инструмента для производства изделий наноэлектроники.

Заманчивой альтернативой фотолитографии в конце 70-х годов XX века для массового производства субмикронной электроники (наноэлектроники в сегодняшних терминах) объявила себя рентгенолитография. Действительно, из-за малых длин волн рентгеновского излучения (1 нм – 1 пм) дифракционные искажения на краях масок рентгеношаблонов (РШ) практически не влияли на искажения размеров наноэлементов, полученных на подложках. Многие рентгеновские источники на тот момент уже были изобретены и патенты в отношении источников касались в основном их усовершенствований [6, 7, 8]. А вот разработки всего того, что дополняло рентген и было необходимо для получения конечного результата, явились раем для патентоведов. Дело в том, что рентгеновское излучение, решив главную проблему с длиной волны, поставило огромное количество дополнительных задач. Мягкое рентгеновское излучение (с длиной волны примерно 1 нм), изначально пригодное для рентгенолитографии, имеет невысокую проникающую способность и рентгеношаблоны должны быть выполнены из тонких (порядка нескольких микрон) материалов. Такими материалами стали полиимид, кремний, легированный бором, нитрид кремния и некоторые другие. Из них формировались мембраны РШ, закрепленные на прочных основах. В качестве маскирующих слоев хорошо зарекомендовало себя золото. Однако тонкие пленки рентгеношаблонов выдвинули требования их сохранности. Например, при фор-жировании наноэлементов на РШ с помощью ионного или электронного лучей мембраны стали деформироваться, а наноэлементы соответственно менять свое местоположение. При контактной литографии мембраны электростатически прилипали к подложкам. Соответственно для решения каждой проблемы необходимо было использовать новые подходы. Большие площади мембран укреплялись перегородками, зоны мембран, соприкасающиеся с подложками, покрывались антифрикционными составами и т. п. [9, 10]. Все это ново и сложностей в патентовании практически не возникало.

При переносе изображения через РШ экспонировался рентгенорезист, а это также новая область с большим количеством оригинальных решений [11, 12], которые в основном заключались во включении в молекулу резистивного материала атомов, поглощающих мягкое рентгеновское излучение и способствующих уменьшению экспозиционной дозы.

Следующая проблема, которая была поставлена рентгенолитографией – это создание высокоточных и надежных систем совмещения. Дополнительная трудность заключалась в термодрейфе РШ и подложек, который менял местоположения элементов и они не совмещались друг с другом как в процессе одного экспонирования, так и при каждом последующем. Системы совмещения для литографий всегда являлись наиболее сложными устройствами, а здесь эти сложности дополнительно возросли. Дело в том, что мембраны РШ оказались недостаточно прозрачными для оптического излучения, чтобы в традиционном оптическом диапазоне фиксировать реперные знаки подложки и РШ для последующего их совмещения. Это привело к огромному количеству технических решений, являющихся усовершенствованием традиционных принципов оптического совмещения. В решении [13] (рис. 4.2) изображения реперных знаков 1 подложки 2 и реперных знаков 3 РШ 4 проецировались оптической системой 5 на сканирующее устройство 6 с масками 7 и далее на анализатор 8, определяющий рассовмещение реперных знаков.

Рис. 4.2. Следящая система совмещения: 1 – реперные знаки подложки; 2 – подложка; 3 – реперные знаки РШ; 4 – рентгеношаблон; 5 – оптическая система; 6 – сканирующее устройство; 7 – маска; 8 – анализатор

Рис. 4.3. Следящая система совмещения компенсационного типа: 1 – реперные знаки подложки; 2 – подложка; 3 – реперные знаки РШ; 4 – рентгеношаблон; 5 – оптическая система; 6 – сканирующее устройство; 7 – маска; 8 – анализатор; 9 – помехозащищенный элемент; 10 – дополнительная маска

В способе совмещения [14] (рис. 4.3) в оптическую систему 5 был введен помехозащищенный элемент 9 (аналог реперных знаков 1,3), изображение которого анализировала дополнительная маска 10. При этом изображение элемента 9 по укороченному оптическому пути и с усиленной примерно на порядок яркостью подавалось на анализатор 8, который учитывал помехи оптической системы, связанные с вибрациями, конвективным тепломассообменом и т. п.

В устройстве [15] (рис. 4.4) дополнительный оптический модуль 9 выделял дополнительную информацию о грубом рассовмещении реперных знаков 1, 3 и подавал ее в виде оптического сигнала на модуль анализа грубого рассовмещения 10.