Литография для нано и МЭМС

1. Литография для нано и МЭМС

2. Литография для гибридных приборов

Электронная литография (или электронно-лучевая
литография, E-beam lithography) — это процесс, в
котором для создания микроструктур используется
электронный пучок вместо света, как в традиционной
оптической литографии. Этот метод позволяет
достигать очень высокой разрешающей
способности и использовать его для изготовления
компонентов с размерами вплоть до нескольких
нанометров. Электронная литография является
важным инструментом для разработки микро- и
наноразмерных структур, а также для
прототипирования и изготовления высокоточных
элементов в таких областях, как микроэлектроника,
нанотехнологии и МЭМС

3. Электронно -лучевая литография

Этот метод использует
электронный пучок вместо
света для создания
изображений на
фоторезисте. Электронная
литография обладает более
высокой разрешающей
способностью по сравнению
с оптической литографией и
позволяет производить детали
с размером меньше, чем 10
нанометров

4. Этапы процесса

1.
Электронный пучок
сканирует поверхность
покрытую фоторезистом.
2.
Фоторезист подвергается
воздействию электронов, что
приводит к изменению его
свойств.
3.
После проявления
фоторезиста на подложке
формируются наноструктуры,
которые могут быть
использованы для дальнейших
этапов обработки

5. Этапы технологии

Подготовка подложки:
o
Подложка, обычно из кремния, покрывается тонким слоем
фоторезиста. Этот слой может быть различной толщины в
зависимости от требуемой глубины структуры.
o
Фоторезист — это материал, который изменяет свои свойства
при воздействии электронного пучка. После экспонирования
(воздействия пучком) фоторезист либо теряет свою
растворимость (негативный резист), либо приобретает
растворимость (позитивный резист).
Фокусировка и сканирование электронного пучка:
o
Электронный пучок генерируется и фокусируется с высокой
точностью с помощью системы электромагнитных линз.
o
Пучок сканирует поверхность подложки по заранее заданной
траектории, в соответствии с дизайном структуры, который
обычно создается с помощью CAD (Computer-Aided Design)
программ.
Воздействие на фоторезист:
o
Электронный пучок воздействует на фоторезист, изменяя его
химическую
структуру
в
точках,
где
происходит
экспонирование. Эти изменения могут включать разрушение
цепей полимеров или ионизацию молекул резиста, что приводит
к изменению его растворимости в последующем процессе
проявления.
Проявление фоторезиста:
o
После экспонирования подложка обрабатывается в растворе
проявителя, который удаляет те участки фоторезиста, которые
были изменены воздействием электронного пучка. Это
позволяет создать на подложке нужную структуру.

6. Этапы технологии

3.
Воздействие на фоторезист:
o
Электронный пучок воздействует на
фоторезист, изменяя его химическую структуру
в точках, где происходит экспонирование. Эти
изменения могут включать разрушение цепей
полимеров или ионизацию молекул резиста,
что приводит к изменению его растворимости в
последующем процессе проявления.
4.
Проявление фоторезиста:
o
После экспонирования подложка
обрабатывается в растворе проявителя,
который удаляет те участки фоторезиста,
которые были изменены воздействием
электронного пучка. Это позволяет создать на
подложке нужную структуру.
5.
Дальнейшие этапы обработки:
o
После удаления части фоторезиста на
подложке можно выполнить другие операции,
такие как осаждение или травление, для
создания окончательной структуры.
o
В случае необходимости, можно
использовать несколько этапов электронной
литографии для формирования сложных
многослойных структур.

7. Преимущества и недостатки

Преимущества электронной литографии
1.
Высокое разрешение: Электронная литография
позволяет достигать разрешения до нескольких нанометров, что
невозможно с применением традиционной оптической
литографии. Это критично для создания наноструктур и
компонентов, таких как MEMS и наноэлектроника.
2.
Гибкость: Метод не требует использования масок, что
позволяет быстро вносить изменения в проект и использовать его
для прототипирования. Электронная литография идеально
подходит для создания уникальных, одноместных и
малосерийных устройств.
3.
Точность: Высокая точность и контроль над параметрами
пучка позволяют создавать сложные и мелкие структуры с
высокой степенью точности.
4.
Многослойные структуры: Электронная литография
позволяет легко работать с многослойными структурами, что
особенно важно при производстве микроэлектронных
компонентов и MEMS-устройств.
Недостатки электронной литографии
1.
Низкая скорость: Процесс электронно-лучевой
литографии значительно медленнее по сравнению с другими
методами литографии, такими как оптическая литография или
литография с использованием ионного пучка, что делает его
менее подходящим для массового производства.
2.
Высокая стоимость оборудования: Оборудование для
электронной литографии (например, электронные микроскопы
с высокой разрешающей способностью) довольно дорогое и
требует серьезных затрат на обслуживание.
3.
Сложности в производственных условиях: Электронная
литография требует условий высокого вакуума и специального
оборудования, что ограничивает её применимость в
определенных производственных условиях.

8. Оптическая литография

Это классический метод литографии, который активно используется в
полупроводниковой промышленности и для изготовления МЭМС. Он основан на
использовании света (обычно ультрафиолетового) для проецирования изображения
на светочувствительный слой (фоторезист) на поверхности подложки.
• Особенности:
1. Хорошо подходит для изготовления
высококачественных тонких структур.
2. Применяется для создания механических
элементов, таких как мембраны и другие
микроустройства

9. Оптическая литография

1.
На подложку (обычно
кремниевую) наносится тонкий слой
фоторезиста.
2.
С помощью маски или ретикулы
проецируется изображение структуры
на фоторезист.
3.
После экспозиции фоторезист
обрабатывается, что приводит к
изменению его свойств в зависимости
от типа процесса (негатив или позитив).
4.
После этого можно нанести и
удалить или изменить материалы,
оставив нужную структуру на подложке.

10. Литография с применением глубокого ультрафиолетового излучения

• Процесс:
Этот метод является улучшенной
1. Подложка покрывается фоторезистом.
версией оптической литографии, где
2. Воздействие на материал происходит
используются короткие волны
ультрафиолетовым излучением с длиной волны
ультрафиолетового излучения. Он
меньше, чем при традиционной оптической
позволяет значительно уменьшить
минимальные размеры изображаемых литографии.
3. После проявления фоторезист образуется
структу
необходимая структура на подложке.
• Особенности:
1. Применяется для более мелких структур и
более сложных геометрий.
2. Высокая точность и разрешение

11. Литография с использованием ионного пучка

Процесс:
1.
Ионный пучок фокусируется на
определенном участке материала.
2.
В результате воздействия ионов
происходит удаление материала или
внесение изменений в его структуру.
3.
Этот метод может использоваться
для создания и микротрещин, и для
удаления материала в точках, где это
необходимо.

Особенности:
1.
Часто используется для
микромеханических структур, которые
необходимо дополнительно доработать.
2.
Применяется для точечного
улучшения или исправления уже готовых
элементов

12. Литография с использованием мягкого контакта

Метод используется для создания микро- и

Процесс:
наноструктур с использованием гибких
материалов. Могут быть использованы
эластичные формы, которые прижимаются к
поверхности подложки
1.
Создается форма (матрица),
которая затем используется для
переноса структуры на подложку. Мягкая литография обычно используется для
создания элементов размером от
микрометра до нанометра в масштабе. По
2.
Печать структуры
словам Роджерса и Нуццо (2005), развитие
осуществляется путем контакта
формы с поверхностью, на которую мягкой литографии быстро прогрессировало с
1995 по 2005 год. Инструменты для мягкой
наносится слой полимерного
литографии теперь доступны в продаже.[2]рму
материала.
на фоторезист.

Особенности:
1.
Часто используется для создания
структур на мягких подложках, таких
как пластик.
2.
Этот метод часто применяется
для быстрого прототипирования и в
биомедицинских приложениях.

13. Типы мягкой литографии

Штамп PDMS
Микроконтактная печать
Многослойная мягкая
литография
Наносферная литография
Нанесение рисунка методом
травления на наноуровне

14. преимущества

Мягкая литография обладает некоторыми уникальными
преимуществами по сравнению с другими видами литографии (таким
как фотолитография и литография электронным лучом). К ним
относятся следующие:
Более низкая стоимость, чем традиционная фотолитография при
массовом производстве
Хорошо подходит для применения в биотехнологии
Хорошо подходит для применения в пластиковой электронике.
Хорошо подходит для обработки больших или неплоских (неровных)
поверхностей
Больше способов переноса узора, чем при традиционной литографи
(больше вариантов «чернил»)
Не нуждается в фотореактивной поверхности для создания
наноструктуры
Более мелкие детали, чем при фотолитографии в лабораторных
условиях (~30 нм против ~100 нм). Разрешение зависит от используемо