nanolitografi

Fotolitografi er en metode for å overføre et mønster til en overflate (ofte kalt resist) ved å skinne lys med høy energi gjennom en maske. Denne prosessen foregår vanligvis i syv steg:

1. rensing
2. forberedelse
3. påføring av fotoresist
4. lysutsetting
5. utvikling
6. etsing
7. fjerning av resist

Rensing av substratet (materialet som litografien gjøres på, ofte en silisium-skifer) gjøres for å fjerne eventuelle urenheter og partikler før litografiprosessen. Etter dette påføres en tynn film av materiale som ønskes på substratet, før substratet varmes opp for å fjerne fuktighet fra prøven. Deretter påføres lys gjennom en foto-maske.

Avhengig av hvilken fotoresist man bruker så kan etsingsprosessen enten fjerne de tillyste delene av substrat eller fjerne alt annet enn det opplyste mønsteret. Dette blir kalt henholdsvis positive og negative resister.

Etsingen kan deles opp i to ulike typer: våt etsing og tørr etsing. Våt etsing bruker et vandig kjemikalie, mens tørr etsing bruker en plasma eller en strøm av ladde partikler. Våt etsing er isotropisk, det vil si ikke retningskontrollert, mens tørr etsing som regel er anisotropisk, som gjør at tørr etsing gir mer presis etsing. Helt til slutt fjerner man fotoresisten slik at det ønskede mønsteret forblir på materialet under fotoresisten.

Størrelsen på de produserte strukturene er fysisk begrenset av bølgelengden på lyset som brukes. Konsekvensen av dette er at strukturer på nanoskala bruker høyenergetisk stråling utenfor det synlige spekteret, som UV-lys.

Elektronstrålelitografi kan gjøres på to ulike måter: med maske eller maskeløs. For å konsentrere strålene før de treffer på resisten brukes et sett av magnetiske felt, i likhet med linser i et mikroskop. I direkte maskeløs litografi brukes disse linsene til å konsentrere elektronene i ett punkt. Dette gjør metoden ideell for å produsere masker til andre litografimetoder. I maskelitografi brukes en større stråle gjennom en maske før den konsentreres i flere punkter når det treffer resisten. Dette øker produksjonskapasiteten på litografien, men øker kompleksiteten i systemet samtidig som produksjonskostnadene øker når man må ta til bruk av en maske.

Fordelen med elektronstrålelitografi i forhold til vanlig fotolitografi er at presisjonen ikke avhenger av de Broglie-bølgelengden ettersom denne er langt lavere enn de andre begrensningene. Den største begrensningen i presisjon kommer fra hvordan elektronstrålen reagerer med resisten. Elektronene reflekteres ofte og løsriver sekundærelektroner som kan påvirke resisten i en større radius enn strålen som senker presisjonen.

Nanoavtrykklitografi går ut på å presse en form ned i en substrat for å oppnå den ønskede strukturen. For å fjerne den trykte delen av prøven må en anisotropisk og presis etsingsprosess brukes, før man får et ferdig resultat. Presisjonen på litografimetoden er begrenset av presisjonen til de andre litografimetodene brukt til å lage formen, og de mekaniske egenskapene til filmen som brukes.

Fordelen med nanoavtrykklitografi er at den er en fysisk prosess (i stedet for kjemisk), noe som gjør at det er færre steg involvert og hele prosessen blir billigere. Problemet med industriell bruk av nanoavtrykklitografi er at vilkårlige støvpartikler eller andre urenheter i produksjonsområdet, har potensialet til å ødelegge hele prøven ved at avtrykket blir skjevt.