Litografia szablonowa

Litografia szablonowa to nowatorska metoda wytwarzania wzorów w skali nanometrowej przy użyciu nanoszablonów, szablonów (masek cienia) z otworami wielkości nanometrów . Jest to bezoporowy, prosty, równoległy nanolitografii i nie obejmuje żadnej obróbki cieplnej ani chemicznej substratów (w przeciwieństwie do technik opartych na oporności ).

Historia

Litografia szablonowa została po raz pierwszy opisana w czasopiśmie naukowym jako technika mikrostrukturyzacji przez S. Graya i PK Weimera w 1959 roku. Użyli oni długich rozciągniętych metalowych drutów jako masek cienia podczas osadzania metalu. Jako membrany można stosować różne materiały, takie jak metale, Si, SixNy _i polimery _. Obecnie otwory szablonu można zmniejszać do rozmiaru poniżej mikrometra przy pełnej 4-calowej skali płytki. Nazywa się to nanostencilem. Nanoskalowe otwory szablonu zostały wykonane przy użyciu laserowej litografii interferencyjnej (LIL), litografii wiązką elektronów i skupionej wiązki jonów litografia.

Procesy

Dostępnych jest kilka procesów wykorzystujących litografię szablonową: osadzanie materiału i trawienie, a także implantacja jonów. W przypadku różnych procesów konieczne są różne wymagania dotyczące szablonów, np. dodatkowa warstwa odporna na trawienie na tylnej stronie szablonu do wytrawiania (jeśli materiał membrany jest wrażliwy na proces wytrawiania) lub warstwa przewodząca na tylnej stronie szablonu do implantacji jonów .

Zeznanie

Główną metodą osadzania stosowaną w litografii szablonowej jest fizyczne osadzanie z fazy gazowej . Obejmuje to osadzanie fizyczne z fazy gazowej wiązką termiczną i wiązką elektronów , epitaksję z wiązek molekularnych , napylanie katodowe i osadzanie laserem impulsowym . Im bardziej kierunkowy jest strumień materiału, tym dokładniejszy wzór jest przenoszony z szablonu na podłoże.

Akwaforta

Reaktywne trawienie jonowe opiera się na zjonizowanych, przyspieszonych cząsteczkach, które wytrawiają zarówno chemicznie, jak i fizycznie podłoże. Szablon w tym przypadku służy jako twarda maska, chroniąca pokryte obszary podłoża, jednocześnie umożliwiając wytrawienie podłoża pod otworami szablonu.

Implantacja jonowa

Tutaj grubość membrany musi być większa niż długość penetracji jonów w materiale membrany. Jony będą wtedy wszczepiać się tylko pod otworami szablonu, w podłoże.

Tryby

Istnieją trzy główne tryby działania litografii szablonowej: statyczny, quasi-dynamiczny i dynamiczny. Podczas gdy wszystkie opisane powyżej procesy zostały udowodnione przy użyciu trybu statycznego (szablon nie porusza się względem podłoża podczas obróbki materiału lub jonów), pokazano tylko implantację jonów dla trybów niestatycznych (quasi-dynamicznych).

Szablon statyczny

W trybie statycznym szablon jest wyrównywany (w razie potrzeby) i mocowany do podłoża. Para szablon-podłoże jest umieszczana w maszynie do odparowywania/wytrawiania/implantacji jonów, a po zakończeniu obróbki szablon jest po prostu usuwany z ukształtowanego podłoża.

Quasi-dynamiczny szablon

W trybie quasi-dynamicznym (lub step-and-repeat) szablon porusza się względem podłoża pomiędzy nakładaniem, bez przerywania próżni.

Dynamiczny szablon

W trybie dynamicznym szablon porusza się względem podłoża podczas osadzania, umożliwiając wytwarzanie wzorów o różnych profilach wysokości poprzez zmianę prędkości szablonu podczas stałego tempa osadzania materiału. W przypadku ruchu w jednym wymiarze zdeponowany materiał ma profil wysokości określony przez splot ${\ displaystyle h (x)}$

{\ Displaystyle h (x) = c \ int t (x ') M (xx') dx '}

gdzie jest czasem $, w którym$ $znajduje$ się w pozycji $,$ jest szybkością ${\ Displaystyle M (x)}$ reprezentuje profil wysokości, który zostałby utworzony przez statyczną nieruchomą maskę (w tym wszelkie rozmycie). Można wytwarzać nanostruktury o programowalnej wysokości, tak małe jak 10 nm.

Wyzwania

Pomimo tego, że jest to wszechstronna technika, nadal istnieje kilka wyzwań, którym należy sprostać za pomocą litografii szablonowej. Podczas osadzania przez szablon materiał jest osadzany nie tylko na podłożu przez otwory, ale także na spodniej stronie szablonu, w tym wokół i wewnątrz otworów. Zmniejsza to efektywny rozmiar apertury o wielkość proporcjonalną do osadzonego materiału, prowadząc ostatecznie do zatkania apertury .

Dokładność przeniesienia wzoru z szablonu na podłoże zależy od wielu parametrów. Głównymi czynnikami są dyfuzja materiału na podłożu (w funkcji temperatury, rodzaju materiału, kąta parowania) oraz geometryczny układ parowania. Oba prowadzą do powiększenia początkowego wzoru, zwanego rozmyciem .

Zobacz też

Litografia

^ Szary, S; Weimer, PK (1959). „Produkcja drobnych wzorów przez odparowanie”. Recenzja RCA . Firma RCA. 20 (3): 413–425. ISSN 0033-6831 .
Bibliografia _ i in. (2008). „Wytwarzanie jednowymiarowych nanostruktur o programowalnej wysokości poprzez dynamiczne osadzanie szablonów”. Przegląd instrumentów naukowych . 79 : 073909. arXiv : 0802.1848 . Bibcode : 2008RScI...79g3909W . doi : 10.1063/1.2960573 . PMID 18681718 .

Seria w MIKROSYSTEMACH Cz. 20: Marc Antonius Friedrich van den Boogaart, „ Stencil litthography: An Ancient technology for Advanced micro- and nanopatterning ”, 2006, VIII, 182 s.; ISBN3-86628-110-2 _

Linki zewnętrzne

[gray59-1] Szary, S; Weimer, PK (1959). „Produkcja drobnych wzorów przez odparowanie”. Recenzja RCA . Firma RCA. 20 (3): 413–425. ISSN 0033-6831 .

[wasserman08-2] Bibliografia _ i in. (2008). „Wytwarzanie jednowymiarowych nanostruktur o programowalnej wysokości poprzez dynamiczne osadzanie szablonów”. Przegląd instrumentów naukowych . 79 : 073909. arXiv : 0802.1848 . Bibcode : 2008RScI...79g3909W . doi : 10.1063/1.2960573 . PMID 18681718 .