Дмитрий Соколов - Патентование изобретений в области высоких и нанотехнологий

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.