Šablona litografie - Stencil lithography

Stencil lithography je nová metoda výroby vzorů v měřítku nanometrů pomocí nanostencilů, šablon (stínové masky) s otvory velikosti nanometru . Jedná se o jednoduchý, paralelní nanolitografický proces bez rezistence a nezahrnuje žádné tepelné ani chemické ošetření substrátů (na rozdíl od technik založených na rezistenci ).

Dějiny

Vzorníková litografie byla poprvé uvedena ve vědeckém časopise jako mikrostrukturovací technika S. Graye a PK Weimera v roce 1959. Během nanášení kovu používali jako stínové masky dlouhé napnuté kovové dráty. Jako membrány lze použít různé materiály, jako jsou kovy, Si, Si _x N _y a polymery. Dnes lze otvory šablony zmenšit až na velikost sub-mikrometru v plné 4 "oplatkové stupnici. Říká se tomu nanostencil. Otvory šablony šablony v nanoměřítku byly vyrobeny pomocí laserové interferenční litografie (LIL), elektronové litografie a zaostřeného iontového paprsku litografie.

Procesy

K dispozici je několik procesů využívajících šablonovou litografii: depozice a leptání materiálu a také implantace iontů. Pro různé procesy jsou nutné různé požadavky na šablonu, např. Vrstva odolná proti leptání na zadní straně šablony pro leptání (pokud je materiál membrány citlivý na proces leptání) nebo vodivá vrstva na zadní straně šablony pro iontovou implantaci .

Depozice

Hlavní metodou depozice používanou u vzorníkové litografie je fyzikální depozice par . To zahrnuje tepelnou a elektronovou depozici par parou , epitaxi molekulárního paprsku , rozprašování a pulzní laserovou depozici . Čím směrovější je tok materiálu, tím přesnější je vzorek přenesen z šablony na substrát.

Leptání

Reaktivní leptání iontů je založeno na ionizovaných, zrychlených částicích, které leptají chemicky i fyzicky substrát. Šablona se v tomto případě použije jako tvrdá maska, která chrání zakryté oblasti substrátu a zároveň umožňuje leptání substrátu pod otvory šablony.

Iontová implantace

Zde musí být tloušťka membrány menší než penetrační délka iontů v materiálu membrány. Ionty se poté implantují pouze pod otvory šablony do substrátu.

Režimy

Existují tři hlavní režimy provozu vzorníkové litografie: statický, kvazi-dynamický a dynamický. Zatímco všechny výše popsané procesy byly prokázány pomocí statického režimu (šablona se nepohybuje vzhledem k substrátu během zpracování materiálu nebo iontů), pro nestatické režimy (kvazi-dynamický) byla ukázána pouze iontová implantace.

Statická šablona

Ve statickém režimu je šablona zarovnána (je-li to nutné) a připevněna k podkladu. Pár šablon-substrát se umístí do odpařovacího / leptacího / iontového implantačního stroje a po dokončení zpracování se šablona jednoduše odstraní z nyní vzorovaného substrátu.

Kvazi-dynamická šablona

V kvazi-dynamickém režimu (nebo krok-a-opakování) se šablona pohybuje mezi substráty relativně k podkladu, aniž by došlo k porušení vakua.

Dynamická šablona

V dynamickém režimu se šablona během nanášení pohybuje relativně k podkladu, což umožňuje výrobu vzorů s profily s proměnnou výškou změnou rychlosti šablony během konstantní rychlosti nanášení materiálu. Pro pohyb v jedné dimenzi má uložený materiál výškový profil daný konvolucí ${\ displaystyle h (x)}$

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

kde je čas, kdy maska pobývá v podélné poloze , a je konstantní rychlost depozice. představuje výškový profil, který by byl vytvořen statickou nepohyblivou maskou (včetně jakéhokoli rozmazání). Lze vyrobit nanostruktury programovatelné výšky pouhých 10 nm. ${\ displaystyle t (x)}$ ${\ displaystyle x}$ ${\ displaystyle c}$ ${\ displaystyle M (x)}$

Výzvy

Navzdory tomu, že jde o všestrannou techniku, stále existuje několik výzev, kterým je třeba se vzorovou litografií věnovat. Během nanášení přes šablonu se materiál ukládá nejen na substrát skrz otvory, ale také na zadní stranu šablony, včetně kolem a uvnitř otvorů. To snižuje efektivní velikost clony o částku úměrnou usazenému materiálu, což nakonec vede k ucpání clony .

Přesnost přenosu vzoru ze šablony do podkladu závisí na mnoha parametrech. Hlavními faktory jsou difúze materiálu na podkladu (jako funkce teploty, typu materiálu, úhlu odpařování) a geometrické nastavení odpařování. Oba vedou ke zvětšení počátečního vzoru, který se nazývá rozmazání .

Viz také

Litografie

Reference

^ Gray, S; Weimer, PK (1959). "Výroba jemných vzorků odpařováním". RCA recenze . RCA Corporation. 20 (3): 413–425. ISSN 0033-6831 .
^ JL Wasserman; et al. (2008). „Výroba jednorozměrných nanostruktur s programovatelnou výškou pomocí dynamického ukládání vzorců“. Přehled vědeckých přístrojů . 79 : 073909. arXiv : 0802.1848 . Bibcode : 2008RScI ... 79g3909W . doi : 10,1063 / 1,2960573 .

Série v MICROSYSTEMS sv. 20: Marc Antonius Friedrich van den Boogaart, „ Stencil lithography: an ancient technique for advanced micro- and nanopatterning “, 2006, VIII, 182 s .; ISBN 3-86628-110-2

externí odkazy

[gray59-1] Gray, S; Weimer, PK (1959). "Výroba jemných vzorků odpařováním". RCA recenze . RCA Corporation. 20 (3): 413–425. ISSN 0033-6831 .

[wasserman08-2] JL Wasserman; et al. (2008). „Výroba jednorozměrných nanostruktur s programovatelnou výškou pomocí dynamického ukládání vzorců“. Přehled vědeckých přístrojů . 79 : 073909. arXiv : 0802.1848 . Bibcode : 2008RScI ... 79g3909W . doi : 10,1063 / 1,2960573 .

Languages

In other projects