Nanopainatuslitografia

Kuva 1. Prosessikaaviot NIL:lle ja SFIL:lle. Substraattia kuvataan tumman sinisellä värillä. Vasemmalla muottia kuvataan punaisella ja resistiä keltaisella värillä. Oikealla vaalean sinisellä värillä kuvataan muottia. Keltainen väri kuvaa fotopolymeroituvaa kerrosta ja vihreä väri siirtokerrosta. UV-valotusta kuvataan kuvan yläreunassa olevilla nuolilla.

Nanopainatuslitografia jaetaan yleensä NIL (nanoimprint lithography)- ja SFIL (step and flash imprint lithography)-menetelmiin. NIL-menetelmässä (kuva 1 vasemmalla) substraatin pintaan levitetään resistikerros, minkä jälkeen muotti painetaan kiinni substraattiin kuvioiden siirtämiseksi resistiin. Resistinä käytetään termoplastista materiaalia, joka kuumennetaan siirtymälämpötilan yläpuolelle nestemäisen käyttäytymisen aikaansaamiseksi. Kun muotti on paikallaan, resisti jäähdytetään siirtymälämpötilan alapuolelle sen kiinteyttämiseksi, jonka jälkeen muotti irrotetaan. Puristetuilta alueilta poistetaan ylimääräinen resisti substraatin pinnan paljastamiseksi epäisotrooppisella etsauksella. NIL-menetelmässä voidaan myös käyttää termoplastin sijaan UV-säteilyllä kovetettavaa resistiä.

SFIL-menetelmässä (kuva 1 oikealla) substraatin pintaan levitetään siirtokerros (transfer layer), joka on yleensä jotain orgaanista ainetta kuten fotoresistiä. Tämän jälkeen muotti tuodaan siirtokerroksen lähelle ja niiden väliin laitetaan pisara fotopolymeroituvaa organopiitä. Seuraavaksi muotti painetaan kiinni siirtokerrokseen ja rakennetta valotetaan UV-säteilyllä muotin läpi. Sen jälkeen muotti irrotetaan ja siirtokerros kuvioidaan O₂-RIEllä organopiistä olevan etsausesteen toimiessa maskina. Lopuksi etsauseste poistetaan, jolloin substraatin pintaan jää siirtokerrosmaski.

Sekä NIL- että SFIL-menetelmien muotit tehdään yleensä elektronisuihkulitografialla. SFIL-muotin on oltava läpinäkyvä, mutta NIL-muotti voi olla valoa läpäisemätönkin. Muoteille voidaan joutua tekemään erilaisia pintakäsittelyjä tarttumisen estämiseksi. Nanopainatuslitografia ja erityisesti SFIL-menetelmä on vielä kehitysvaiheessa, mutta kyseessä on fotolitografiaa halvempi ja yksinkertaisempi menetelmä. NIL:n etuna on SFIL:iin nähden se, ettei UV-valotusta ja etsausestekerrosta tarvita, mutta SFIL:ssä muotin kohdistus on helpompaa. Nanopainatus on massatuotantoprosessi, jolla on periaatteessa mahdollista tehdä jopa alle 10 nanometrin rakenteita. Mahdollisia sovelluksia nanopainatuslitografialle ovat fotoniikka, resonaattorit, kvanttipisteet ja -langat sekä kehätransistorit.

Lähteet

Guo, L.J.: Recent progress in nanoimprint technology and its applications. JOURNAL OF PHYSICS-LONDON-D APPLIED PHYSICS, 2004, s. 123 141. IOP Publishing Ltd.