Трафаретная литография

Трафаретная литография - это новый метод изготовления рисунков в нанометровом масштабе с использованием нанотрафаретов, трафаретов (теневая маска) с нанометровым размером отверстиями. Это простой параллельный процесс нанолитографии без использования резиста, который не требует какой-либо тепловой или химической обработки подложек (в отличие от методов на основе резиста ).

Содержание

• 1 История
• 2 Процессы
  • 2.1 Осаждение
  • 2.2 Травление
  • 2.3 Ионная имплантация
• 3 режима
  • 3.1 Статический шаблон
  • 3.2 Квазидинамический шаблон
  • 3.3 Динамический трафарет
• 4 Проблемы
• 5 См. также
• 6 Ссылки
• 7 Внешние ссылки

История

Трафаретная литография впервые была опубликована в научном журнале как метод микроструктурирования S Грей и П.К. Веймер в 1959. Они использовали длинные вытянутые металлические провода в качестве теневых масок во время наплавки металла. В качестве мембран можно использовать различные материалы, такие как металлы, Si, Si xNyи полимеры. Сегодня апертуры трафарета могут быть уменьшены до субмикрометрового размера при полном масштабе пластины 4 дюйма. Это называется нанотрафарет. Апертуры трафарета в наномасштабе были изготовлены с использованием лазерной интерференционной литографии (LIL), электронно-лучевая литография и сфокусированный ионный пучок литография.

Процессы

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

Осаждение

Основным методом осаждения, используемым с трафаретной литографией, является физическое осаждение из паровой фазы. Это включает термическое и электронно-лучевое физическое осаждение из паровой фазы, молекулярно-лучевая эпитаксия, распыление и импульсный l более легкое осаждение. Чем более направлен поток материала, тем точнее рисунок переносится с трафарета на основу.

Травление

Реактивное ионное травление основано на использовании ионизированных ускоренных частиц, которые травят как химически, так и физически подложку. Трафарет в этом случае используется как жесткая маска, защищающая покрытые области подложки, позволяя протравить подложку под отверстиями трафарета.

Ионная имплантация

Здесь толщина мембраны должна быть меньше, чем длина проникновения ионов в материал мембраны. В этом случае ионы будут имплантироваться в подложку только под отверстиями трафарета.

Режимы

Существует три основных режима работы трафаретной литографии: статический, квазидинамический и динамический. Хотя все описанные выше процессы были проверены с использованием статического режима (трафарет не перемещается относительно субстояния во время обработки материала или ионов), для нестатических режимов (квазидинамических) была 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 подложки с рисунком.

Квазидинамический трафарет

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

Динамический трафарет

В динамическом режиме трафарет перемещается относительно подложки во время осаждения, что позволяет изготавливать шаблоны с профилями переменной высоты за счет изменения скорости трафарета при постоянной скорости осаждения материала. Для одномерного движения осажденный материал имеет профиль высоты $h\; (x)\; \{\backslash \; displaystyle\; h\; (x)\}$, задаваемый сверткой

$h\; (x)\; =\; c\; \int \; t\; (x\; \prime )\; M\; (x\; -\; x\; \prime )\; dx\; \prime \; \{\backslash \; displaystyle\; h\; (x)\; =\; c\; \backslash \; int\; t\; (x\; \text{'})\; M\; (x-x\text{'})\; dx\; \text{'}\}$

где $t\; (x)\; \{\backslash \; displaystyle\; t\; (x)\}$- время, в течение которого маска находится в продольном положении $x\; \{\backslash \; displaystyle\; x\}$, и $c\; \{\backslash \; displaystyle\; c\}$- постоянная скорость наплавки. $M\; (x)\; \{\backslash \; displaystyle\; M\; (x)\}$представляет профиль высоты, который будет создаваться статической неподвижной маской (включая любое размытие). Можно изготавливать наноструктуры программируемой высоты размером до 10 нм.

Проблемы

Несмотря на то, что это универсальный метод, существует еще несколько проблем, которые необходимо решить с помощью литографии по трафарету. Во время нанесения через трафарет материал наносится не только на подложку через отверстия, но и на тыльную сторону трафарета, в том числе вокруг и внутри отверстий. Это уменьшает эффективный размер апертуры на величину, пропорциональную нанесенному материалу, что в конечном итоге приводит к засорению апертуры .

. Точность переноса рисунка с трафарета на подложку зависит от многих параметров. Распространение материала на подложке (в зависимости от температуры, типа материала, угла испарения) и геометрическая схема испарения являются основными факторами. Оба приводят к увеличению исходного рисунка, называемому размытием .

См. Также

• Литография

Ссылки

1. ^Серый, S; Веймер, ПК (1959). «Изготовление тонких узоров испарением». RCA Review. RCA Corporation. 20 (3): 413–425. ISSN 0033-6831.
2. ^Дж. Л. Вассерман; и другие. (2008). «Изготовление одномерных наноструктур с программируемой высотой с помощью динамического нанесения трафарета». Обзор научных инструментов. 79: 073909. arXiv : 0802.1848. Bibcode : 2008RScI... 79g3909W. doi : 10.1063 / 1.2960573. PMID 18681718.

Серия в MICROSYSTEMS Vol. 20: Марк Антониус Фридрих ван ден Богаарт, «Трафаретная литография: древняя техника для продвинутого микро- и нанонарисовывания», 2006, VIII, 182 стр.; ISBN 3-86628-110-2

Внешние ссылки

• http://lmis1.epfl.ch/page-34708-en.html
• http: //www.advantechus.com/
• http://www.microlitho.com/