Micrografía electrónica de barrido (SEM) que muestra una vista superior junto con un SEM (recuadro) que muestra una vista en sección transversal de estructuras en escala de grises fabricadas mediante una combinación de litografía por haz de electrones, fotolitografía, y resiste el recubrimiento por pulverización. El esquema superpuesto ilustra la escritura directa con haz de electrones de escaleras verticales a nanoescala (inserción SEM) en un sustrato con topografía en escala de grises a microescala. Los patrones de escala de grises iniciales se generaron en una máquina de escribir láser. Después del grabado con haz de iones reactivos, los patrones se escribieron simultáneamente en 2 µm, 0,5 µm, y características de 30 µm de profundidad.
Los ingenieros del NIST Center for Nanoscale Science and Technology (CNST) han desarrollado una nueva técnica para fabricar nanoestructuras tridimensionales (3D) de alta relación de aspecto sobre grandes áreas de dispositivos utilizando una combinación de litografía por haz de electrones (e-beam), fotolitografía, y resiste el recubrimiento por pulverización. Si bien durante mucho tiempo ha sido posible crear estructuras 3D complicadas con muchas capas de máscara o máscaras de escala de grises costosas, La nueva técnica permite a los investigadores grabar trincheras y otras estructuras de alta relación de aspecto con características de escala nanométrica sin utilizar máscaras y en solo dos etapas del proceso.
La fabricación de semiconductores 3D y estructuras dieléctricas que se modelan exponiendo resistir con gradientes de escala de grises de intensidad variable ha sido esencial para una amplia gama de aplicaciones, como lentes digitales, sistemas micro electromecánicos, y dispositivos médicos fluídicos.
A diferencia de los dispositivos que se basan en máscaras convencionales, que tienen áreas que simplemente transmiten o bloquean la luz para formar un patrón, La fabricación de estos dispositivos se ha basado típicamente en máscaras de escala de grises 3D que tienen diferentes niveles de transparencia y dependen del uso de materiales patentados. Debido a que la química es patentada y porque las máscaras se preparan mediante procesos complicados que se adaptan mejor a áreas de superficie pequeñas, a menudo son prohibitivamente caros. La próxima generación de estos dispositivos requiere costos más bajos, áreas de superficie más grandes, y tamaños de funciones cada vez más pequeños.
El nuevo enfoque de los investigadores aprovecha la capacidad de alto rendimiento de la fotolitografía para generar estructuras de escala de grises de gran área con gran flexibilidad de procesamiento y la capacidad de la litografía de haz electrónico para agregar características de escala de grises menores de 200 nm. La primera fase de este enfoque de mezclar y combinar es modelar una capa de fotorresistente exponiéndola con un rayo láser enfocado. Modulando localmente la intensidad de la luz para formar un gradiente de escala de grises, Se generan distintos niveles de fotorreacción en el fotorresistente. Después de sumergir la muestra en la solución reveladora, el material se disuelve en áreas correspondientes al grado de fotorreacción inducida, dejando la capa fotorresistente con diferentes espesores que coinciden con el patrón de exposición inicial. La muestra se expone a un grabado profundo de iones reactivos (DRIE) que elimina el material del sustrato a diferentes profundidades que dependen del grosor del fotorresistente. transfiriendo el patrón de fotorresistencia 3D verticalmente al sustrato para formar microestructuras de escala de grises profundas. La segunda fase aplica pasos de procesamiento similares pero con tamaños de características diez veces más pequeños. Primero, Se aplica un recubrimiento por pulverización resistente de haz de electrones a alta presión para obtener una cobertura conforme de la topografía de alta relación de aspecto producida en la primera fase. Luego, manipulando un rayo electrónico de alta energía con resolución de escala nanométrica, Las alturas de los escalones en escala de grises con patrones se escriben directamente en la resistencia del haz de electrones en diferentes ubicaciones. Finalmente, la resistencia se desarrolla y la muestra se expone a DRIE como estaba en el primer paso.
El proceso de dos etapas da como resultado un tamaño de característica vertical de 45 ± 6 nm dentro de una estructura de sustrato que varía de 2 µm a 30 µm de profundidad y con tamaños de característica horizontal de 100 nm a 200 nm y un tamaño de patrón general potencialmente tan grande como una oblea entera. Liya Yu, ingeniera de procesos de CNST NanoFab, anticipa que la capacidad de fabricar nanoestructuras en escala de grises de alta relación de aspecto ampliará las aplicaciones prácticas de la litografía en escala de grises y ampliará drásticamente la gama de estructuras de dispositivos disponibles para los diseñadores de dispositivos.
