p Os engenheiros do NIST Center for Nanoscale Science and Technology (CNST) desenvolveram uma nova técnica para a fabricação de nanoestruturas tridimensionais (3D) de alta razão de aspecto em grandes áreas de dispositivos usando uma combinação de litografia de feixe de elétrons (e-beam), fotolitografia, e resistir ao revestimento por spray. Embora tenha sido possível fazer estruturas 3D complicadas com muitas camadas de máscara ou caras máscaras em tons de cinza, a nova técnica permite que os pesquisadores gravem trincheiras e outras estruturas de alta proporção com recursos de escala nanométrica sem o uso de máscaras e em apenas dois estágios do processo. p A fabricação de semicondutores 3D e estruturas dielétricas que são padronizadas pela exposição de resistências com gradientes de escala de cinza de intensidade variável tem sido essencial para uma ampla gama de aplicações, como lentes digitais, sistemas microeletromecânicos, e dispositivos médicos fluídicos.

p Ao contrário dos dispositivos que dependem de máscaras convencionais, que têm áreas que simplesmente transmitem ou bloqueiam a luz para formar um padrão, a fabricação desses dispositivos normalmente se baseia em máscaras 3D em tons de cinza, que possuem vários níveis de transparência e dependem do uso de materiais proprietários. Porque a química é patenteada e porque as máscaras são preparadas usando processos complicados mais adequados para pequenas áreas de superfície, muitas vezes são proibitivamente caros. A próxima geração desses dispositivos requer custos mais baixos, áreas de superfície maiores, e tamanhos de recursos cada vez menores.

p A nova abordagem dos pesquisadores aproveita a capacidade de alto rendimento da fotolitografia para gerar estruturas em escala de cinza de grande área com grande flexibilidade de processamento e a capacidade da litografia de feixe eletrônico de adicionar recursos de escala de cinza menores que 200 nm. A primeira fase dessa abordagem de combinação e combinação é padronizar uma camada de fotorresiste, expondo-a com um feixe de laser focalizado. Modulando localmente a intensidade da luz para formar um gradiente de tons de cinza, níveis variáveis ​​de fotorreação no fotorresiste são gerados. Depois que a amostra é imersa na solução do desenvolvedor, o material é dissolvido em áreas correspondentes ao grau de fotorreação induzida, deixando a camada fotorresiste com espessuras variadas, combinando com o padrão de exposição inicial. A amostra é exposta a um ataque de íon reativo profundo (DRIE) que remove o material do substrato em profundidades variadas que dependem da espessura do fotorresiste, transferir o padrão fotoresiste 3D verticalmente para o substrato para formar microestruturas em tons de cinza profundos. A segunda fase aplica etapas de processamento semelhantes, mas com tamanhos de recursos dez vezes menores. Primeiro, um revestimento de spray resistente de feixe eletrônico de alta pressão é aplicado para obter cobertura conformada da topografia de alta razão de aspecto produzida na primeira fase. Então, manipulando um feixe eletrônico de alta energia com resolução em escala nanométrica, alturas de degraus em tons de cinza padronizados são gravados diretamente na resistência de feixe de elétrons em locais diferentes. Finalmente, o resist é desenvolvido e a amostra é exposta ao DRIE como era na primeira etapa.

p O processo de dois estágios resulta em tamanhos de recursos verticais de 45 ± 6 nm dentro de uma estrutura de substrato que varia de 2? M a 30? M de profundidade e com tamanhos de recursos horizontais de 100 nm a 200 nm e um tamanho de padrão geral potencialmente tão grande quanto uma bolacha inteira. O engenheiro de processo do CNST NanoFab Liya Yu antecipa que a capacidade de fabricar nanoestruturas em tons de cinza de alta proporção de aspecto expandirá as aplicações práticas da litografia em tons de cinza e ampliará drasticamente a gama de estruturas de dispositivos disponíveis para os projetistas de dispositivos.