Progresele în litografie nanostencil
Source: http://spie.org/x45083.xml?ArticleID=x45083
Mai mici, mai dense caracteristici pe baza de siliciu platforme, circuite semiconductoare organice, electronice flexibil şi transparent, şi bio-senzori sunt necesare pentru o functionalitate mai mare şi eficienţa costurilor. 1,2 Pentru a realiza acest lucru, structurare la scara nanometrica necesită tehnici de prelucrare care sunt conforme cu noi materiale organice precum şi topografic bogate în substraturi termic-sensibile. În mod tradiţional, o uniformă rezista strat este învârtită şi apoi ornamentat la expunerea la tratament termic, radiatii, si solventi lichide. Rezista este apoi utilizat ca o mască (stencil), pentru a transfera proiectul pe straturi de alte materiale, cu un randament mai subţire rezista rezoluţie mai mare. Cei mai mulţi semiconductori organici şi substraturi flexibile polimerice nu pot rezista sarcina de căldură şi interacţiunile chimice implicate în aceşti paşi. Astfel, structurare pe scara sub-micrometri pentru non-planar substraturi rămâne o provocare.
În timp ce multe procese de serie, cum ar fi scanarea microscopie sonda 3 şi litografie cu fascicul de electroni-pot fi adaptate la o varietate de substraturi, structurare succesive împiedică eficienţa costurilor. Desi tehnicile de paralele au fost dezvoltate pentru tehnologii bazate pe siliciu, ele sunt mult mai rigide şi prezintă diverse dezavantaje, cum ar fi limitele de rezoluţia intrinsecă (ca în adâncime ultra-violet litografiere) şi insuficienţă pe substraturi mecanic fragile (ca în nano-imprimare). Litografie Nanostencil evită multe dintre aceste probleme prin utilizarea micro-prelucrate măşti umbra cu sub-micrometri orificii.
Măşti Shadow au fost folosite pentru prima dată de către oamenii preistorici care au pus mâinile lor împotriva peretii pesterilor si a suflat pigment pulverizat în jurul lor. Stencil moderne au evoluat astfel că se bucură de utilizarea în multe moduri şi aplicaţii, realizarea sub-micrometri dimensiuni pentru nanotehnologie. Napolitane completa 100mm silicon pot fi micro-prelucrat pentru a obţine matrice densa de nitrura de siliciu low-stres (LS-SiN) membrane, fiecare conţinând de proiectare specifice orificii prin care se face tiparul. Stencil are loc la substrat, pentru a permite depunerea, decapare, sau ion implantare prin deschideri sale (a se vedea video de 4 ).
Recent, ne-am concentrat pe îmbunătăţirea rezoluţiei şi fiabilitatea modelelor depuse mai mici decât 100nm. Exacte de transfer geometria diafragmei depinde de configuraţia şi parametrii de configurare depunere. Estomparea poate mări transferat structura-decalajul stencil-la-sursă, tipul de material, dimensiune deschidere, rata de depunere, şi substrat temperatura toate influenta gradul de severitate a acestei probleme. 5 Am îmbunătăţit rezoluţie prin reducerea decalajului si tuning parametrii de depunere (a se vedea Figura 1 ).
Un alt factor important pentru utilizarea lor în continuare este posibilitatea de reutilizare a nanostencils. Deoarece deschiderile sunt fabricate folosind litografie cu fascicul de electroni, o matrita trebuie să fie reutilizabile care urmează să fie cost cu o schimbare cu adevărat eficient. Materialul depus pe deschiderile în timpul evaporare treptat blocheaza deschideri-în mod normal, reducând durata de viaţă activă a mască. Am demonstrat că hârtii pot fi curăţate ex-situ, folosind gravură umedă, fără a se deteriora chimic inert LS-SiN material de membrană. 6 Suntem în curs de dezvoltare în prezent o matrita de auto-curăţare, care vor elimina infundarea in situ de încălzire membranelor folosind electrozi încorporat. Acest lucru este de interes special pentru depunere dinamică, în cazul în care matrita se pot muta în raport cu substrat din interiorul camerei de depunere-un proces care favorizează acumularea material de pe membrane (vezi video 7 ). 8
Pe lângă beneficiile standard de stenciling statice, litografie stencil dinamic adaugă capacitatea de a structura variabila-grosime, multi-materiale, şi a închis-contur modele. Înălţimea Modelul poate fi variat prin traducerea stencil cu diferite viteze păstrând în acelaşi timp rata de evaporare constantă. Un stencil unică poate cuprinde mai multe desene sau modele strat, toţi să fie fabricate într-un ciclu de mutarea matriţă în poziţia corectă în timpul depunere într-un strat special. În plus, am demonstrat că geometriile arbitrare poate fi construit prin permiterea matrici stencil de orificii rotunde să urmeze traiectorii diferite (a se vedea figura 2 ). Provocările care rămân de a avea un mic decalaj şi pentru a preveni înfundarea material din deschiderile.
În paralel cu împingând limitele nanostenciling, am explorat depunere într-o varietate de proiecte. De exemplu, am fabricate tranzistori şi flexibil, cu film subţire organici cu dimensiuni de 10 × canal 3μ m 2 cu ajutorul stencil-depus pentacene ca semiconductor organic. Toate etapele, ulterior, au fost, de asemenea, aliniate lithographical model de stencil (a se vedea figura 3 ). 9am, de asemenea, face supraconductoare intersecţiile tunel in situ de depunere unghi peste un pod stencil cu un pas intermediar de oxidare. 10 Noi modele şi caracterizate electric nanofirelor metalice la scara napolitana completă 11,12 şi a aplicat pentru stencil-poarta-structurare. 13 De asemenea, am efectuat gravură printr-un stencil, în cazul în care am structurat diferite substraturi, cum ar fi siliciu policristalin, LS-SiN, poliimidă, poli (metacrilat de metil), şi un ansamblu de 100nm latex nanoparticule folosind reactive-ion decapare printr-o masca matrita. 14,15 În plus, cu ajutorul unui fascicul de ioni de carbon (500keV şi 5 mm în mărime), profilul de o membrana stencil-topologic complex a fost gravat intr-un substrat polimer. 16
În rezumat, nanostenciling prevede avantaje deosebite. Am caracterizat rezoluţia sa într-un spaţiu mare parametru experimental, conducând la reţete pentru setări optime şi modalităţi de a prelungi durata de viaţă stencil. Am exploatat capacităţile sale non-invaziv şi unic pentru utilizare pe suporturi fragile şi non-planar, precum şi cu materiale organice. Suntem în curs de dezvoltare în prezent, un mod avansat de dinamic, care va permite în structurare situ, succesive de materiale de straturi multiple şi, deschizând uşa pentru roman, mai mult de fabricatie cost cu o schimbare dispozitiv eficient.
Această lucrare a fost sustinuta de Fundatia Nationala pentru Stiinta elveţian Ambizione de finanţare pentru tinerii cercetători (PZ00P21923).
Veronica Savu a fost acordat un grant de trei ani Ambizione de la National Science Foundation Elvetia pentru tinerii cercetători. Interesele sale actuale includ aplicaţii de litografie stencil, cum ar fi nanofire pe bază de tranzistori, electronice flexibile şi organice, precum şi funcţionalităţile oferite de aparatul roman nanostencils dinamic.
Juergen Brugger este profesor asociat de cercetare ale caror combina metode de tehnologii emergente cleanroom cu metodele de micro-şi nanopatterning, cum ar fi sonde de scanare, litografie stencil, şi de imprimare cu jet de cerneală pentru tehnologia informaţiei şi aplicaţiile ştiinţei vieţii.