Трафаретная литография

Трафаретная литография — это новый метод изготовления рисунков нанометрового масштаба с использованием нанотрафаретов, трафаретов (теневых масок) с отверстиями нанометрового размера . Это простой параллельный процесс нанолитографии без использования резиста , который не требует какой-либо термической или химической обработки подложек (в отличие от резистах ). методов, основанных на

История

Трафаретная литография впервые была описана в научном журнале как метод микроструктурирования С. Греем и П. К. Веймером в 1959 году. ^[1] Они использовали длинные натянутые металлические проволоки в качестве теневых масок во время осаждения металла. качестве мембран можно использовать различные материалы, такие как металлы, Si, SixNy _{полимеры} и _В . Сегодня апертуры трафарета можно уменьшить до субмикронного размера при полном масштабе 4-дюймовой пластины. Это называется нанотрафаретом. Наноразмерные апертуры трафарета изготавливаются с использованием лазерной интерференционной литографии (LIL), электронно-лучевой литографии и сфокусированного ионного луча. литография.

Процессы

С использованием трафаретной литографии доступно несколько процессов: осаждение материала и травление, а также имплантация ионов. Для различных процессов необходимы разные требования к трафарету, например, дополнительный устойчивый к травлению слой на обратной стороне трафарета для травления (если материал мембраны чувствителен к процессу травления) или проводящий слой на обратной стороне трафарета для ионной имплантации. .

Депонирование

Основным методом осаждения, используемым при трафаретной литографии, является физическое осаждение из паровой фазы . Сюда входят термическое и электронно-лучевое физическое осаждение из паровой фазы , молекулярно-лучевая эпитаксия , распыление и импульсное лазерное осаждение . Чем более направлен поток материала, тем точнее рисунок переносится с трафарета на подложку.

Офорт

Реактивное ионное травление основано на использовании ионизированных ускоренных частиц, которые травят подложку как химически, так и физически. Трафарет в этом случае используется как твердая маска, защищающая покрытые участки подложки и позволяющая при этом травить подложку под отверстиями трафарета.

Ионная имплантация

Здесь толщина мембраны должна быть больше длины проникновения ионов в материал мембраны. В этом случае ионы будут имплантироваться только под отверстия трафарета, в подложку.

Режимы

Существует три основных режима работы трафаретной литографии: статический, квазидинамический и динамический. Хотя все вышеописанные процессы были апробированы в статическом режиме (трафарет не перемещается относительно подложки во время обработки материала или ионов), для нестатических режимов (квазидинамических) показана только ионная имплантация.

Статический трафарет

В статическом режиме трафарет выравнивается (при необходимости) и фиксируется на подложке. Пара трафарет-подложка помещается в машину для испарения/травления/ионной имплантации, и после завершения обработки трафарет просто удаляется с уже нанесенной подложки.

Квазидинамический трафарет

В квазидинамическом режиме (или пошаговом режиме) трафарет перемещается относительно подложки между наплавками, не нарушая вакуума.

Динамический трафарет

В динамическом режиме трафарет перемещается относительно подложки во время осаждения, что позволяет изготавливать узоры с профилями переменной высоты за счет изменения скорости трафарета при постоянной скорости осаждения материала. Для движения в одном измерении осаждаемый материал имеет профиль высоты. $h(x)$ заданный сверткой

h(x)=c\int t(x')M(x-x')dx'

где $t(x)$ это время, в течение которого маска находится в продольном положении $x$ , и $c$ — постоянная скорость осаждения. $M(x)$ представляет профиль высоты, который будет создан статической неподвижной маской (включая любое размытие). Можно создавать наноструктуры программируемой высоты размером всего 10 нм. ^[2]

Проблемы

Несмотря на то, что это универсальная техника, трафаретная литография все еще сталкивается с рядом проблем, которые необходимо решить. При нанесении через трафарет материал наносится не только на подложку через отверстия, но и на обратную сторону трафарета, в том числе вокруг и внутри отверстий. Это уменьшает эффективный размер отверстия на величину, пропорциональную наносимому материалу, что в конечном итоге приводит к засорению отверстия .

Точность переноса рисунка с трафарета на подложку зависит от многих параметров. Основными факторами являются диффузия материала на подложке (в зависимости от температуры, типа материала, угла испарения) и геометрическая структура испарения. И то, и другое приводит к увеличению исходного рисунка, называемому размытием .

См. также

Литография

Ссылки

^ Грей, С; Веймер, ПК (1959). «Изготовление мелких узоров методом испарения». Обзор РКА . 20 (3). Корпорация RCA: 413–425. ISSN 0033-6831 .
^ Дж. Л. Вассерман; и др. (2008). «Изготовление одномерных наноструктур программируемой высоты посредством динамического трафаретного осаждения». Обзор научных инструментов . 79 (7): 073909–073909–4. arXiv : 0802.1848 . Бибкод : 2008RScI...79g3909W . дои : 10.1063/1.2960573 . ПМИД 18681718 .

Серия в МИКРОСИСТЕМАХ Том. 20:Марк Антониус Фридрих ван ден Бугаарт,« Трафаретная литография: древняя техника усовершенствованного микро- и нанорисунка », 2006, VIII, 182 с.; ISBN 3-86628-110-2

Внешние ссылки

[gray59-1] Грей, С; Веймер, ПК (1959). «Изготовление мелких узоров методом испарения». Обзор РКА . 20 (3). Корпорация RCA: 413–425. ISSN 0033-6831 .

[wasserman08-2] Дж. Л. Вассерман; и др. (2008). «Изготовление одномерных наноструктур программируемой высоты посредством динамического трафаретного осаждения». Обзор научных инструментов . 79 (7): 073909–073909–4. arXiv : 0802.1848 . Бибкод : 2008RScI...79g3909W . дои : 10.1063/1.2960573 . ПМИД 18681718 .

[1]

[2]