Litografia prin nanoimprimare
In următorii ani litografia optică, tehnologia de producere în masă a dispozitivelor electronice actuale, cum ar fi procesoarele, memoriile, circuitele integrate si altele, e pe cale să fie inlocuită cu o tehnologie emergentă. Nanoimprimarea este o tehnică litografica căreia i-a fost acordată din ce în ce mai multă atenţie în ultimii ani, fiind propusă pentru înlocuirea litografiei optice în producţia industrială a dispozitivelor electronice. După cum menţionam în articolul “Nanolitografia sau artă miniaturizării” tehnicile litografice folosite în prezent pe scară largă sunt limitate fie de limita de difracţie a luminii, în cazul litografiei optice, fie de timpul de procesare, respectiv de costuri, în cazul litografiei cu fascicul de electroni sau cu un AFM. Tehnica nanoimprint reuşeşte să păstreze avantajele litografiei optice, respectiv costurile mici în producţia de masă, şi a litografiei cu fasciul de electroni, putând realiza dispozitive de până la 22 nm.
Principiul litografiei prin nanoimprimare
Litografia prin nanoimprimare are doi paşi de bază, după cum se poate vedea în poza de mai jos. Primul e pasul de imprimare, în care o matriţă conţinând nanostructurile pe suprafaţa sa este presată pe un film subţire de polimer fotosensibil depus pe substratul pe care vrem să îl procesam – de obicei siliciu. Cu alte cuvinte, pasul de imprimare crează un model în grosime în filmul de polimer – va aduceţi aminte de sigiliile de ceară? aici se foloseşte acelaşi princiupiu la o scară mult mai mică. Al doilea pas constă în transferarea modelului imprimat în stratul de polimer către substrat. În această direcţie întâi se îndepărtează excesul de polimer de pe suprafaţa folosind metodă atacării chimice anisotropice (însemnând că una din cele 3 direcţii este preferata, respectiv pe înălţime), cum ar fi Reactive Ion Etching sau RIE. Acum modelul matriţei este luat de tot stratul de polimer.
În timpul pasului de imprimare polimerul fotosensibil este încălzit la o temperatură peste temperatura tranzitiei către starea amorfă. La această temperatură, polimerul, fiind termoplastic – adică se lichefiază dacă este încălzit şi se solidifică într-o stare amorfă dacă este răcit, devine un lichid vâscos putând fi deformat după forma matriţei. Vâscozitatea polimerului scade cu, creşterea temperaturii. Spre deosebire de litografia convenţională (optică sau cu electroni) litografia prin imprimare nu foloseşte fascicule de energie, prin urmare rezoluţia nu este limitată de efectele de difracţie, împrăştiere sau interferanţă într-un strat de polimer, şi împrăştiere înapoi a electronilor în substrat. Acesta este mai mult un proces fizic, decât chimic.
Evident în timpul procesului apar şi defecte, iar principalele motive care generează apariţia defectelor sunt fie contaminarea matriţelor după folosiri repetate, fiind necesară curăţarea în paşii intermediari, fie bulele de aer rămase în stratul de polimer, din cauza că nici suprafaţa stratului de polimer şi nici cea a matriţei nu sunt perfect plate. Însă ca în cazul oricărei tehnologii noi, controlul defectelor este aşteptat să se inbunătăţească pe măsură ce tehnologia se maturizează.
În prezent…
În 1996 într-un articol din revista Science profesorul Stephen Chou de la Universitatea din Minnesota demonstra posibilitatea realizării unor dispozitive cu dimensiuni laterale de până la 25 nm. De atunci tehnologia a fost inbunătăţită, iar în prezent există instrumente comerciale care pot produce dispozitive electronice cu dimensiuni care ajung până la 10 nm.
Litografia prin nanoimprimare a fost folosită pentru a fabrica dispozitive electrice, optice, fotonice şi pentru aplicaţii biologice. În cazul dispozitivelor electronice au fost fabricate MOSFET, O-TFT, memorii cu un electron şi altele. În domeniul optic s-au făcut studii intensive despre filtre rezonante cu grilă, polarizori, structuri antireflective, circuite fotonice integrate. Au fost create canale cu dimensiuni de sub 10 nm şi folosite în experimente de întindere a ADN-ului. Acestea sunt doar câteva exemple de aplicaţii ale acestei tehnologii.
Viitorul litografiei prin nanoimprimare
Unul din beneficiile cheie ale acestei tehnologii este simplitatea sa, nefiind limitată de difracţie sau împrăştiere, şi pe deasupra este şi foarte ieftină. Şi atunci de ce nu este folosită la scară largă încă? Unul din motive este dependenţa de alte tehnologii litografice pentru a produce matriţa. Este posibil că în curând, structurile autoasamblate să rezolve această problemă, pentru a produce matriţe cu detalii mai mici de 10 nm.
Din octombrie 2007, Toshiba este singura companie care are o linie de producţie prin litografie cu nano imprimare pentru dispozitive de 22 nm. Mai semnificativ este că aceasta este prima tehnologie care poate produce dispozitive sub 30 nm validată de un producător industrial.
