Nanolitografía

Nanolitografía
Diana Pineda Vázquez
Journal Club, 2 de octubre 2015
Facultad de Ciencias, UNAM
Bibliografías a ordenar
Rojas Oliveros, Marisol, La litografía artística y su aplicación
con otras técnicas, procesos y soportes de impresión :la
identidad en el retrato cotidiano : propuesta gráfica.
Licenciatura en Artes Visuales, Universidad Nacional
Autónoma de México, 2014, Facultad de Artes y Diseño.
 Olivos Flores, Erik, Diseño y fabricación de un patrón
mediante litografía por haz de electrones. Maestría en
Ciencia e Ingeniería de Materiales Universidad Nacional
Autónoma de México, 2013 Maestría y Doctorado en
Ciencia e Ingeniería de Materiales
 Reséndiz López, Eder. Desarrollo de mascaras para litografía
a partir de monocapas de partículas coloidales de sílice.
Maestría en Ciencias e Ingeniería de Materiales UNAM,
Facultad de Ingeniería, 2011

¿Qué es la litografía?




Inventor: Aloys Senefelder, 1798
1795: negativo donde el texto queda el relieve
Técnica de impresión de 1796
Tinta química: 3 cera, 1 jabón, negro de humo, agua de lluvia.
Rojas Oliveros, M., La litografía artística y su aplicación con otras técnicas, procesos y soportes de impresión :la identidad en el retrato cotidiano
: propuesta gráfica. Licenciatura en Artes Visuales, Universidad Nacional Autónoma de México, 2014, Facultad de Artes y Diseño.
Litografía


Proceso de transferir patrones de un medio a otro
Washington's Residence, High Street, Philadelphia, 1830
Rojas Oliveros, M., La litografía artística y su aplicación con otras técnicas, procesos y soportes de impresión :la identidad en el retrato cotidiano
: propuesta gráfica. Licenciatura en Artes Visuales, Universidad Nacional Autónoma de México, 2014, Facultad de Artes y Diseño.
Técnicas para generar
nanoestructuras
Ascendente
Descendente
http://nanomanagement.blogfa.com/cat-4.aspx
3. Inmersión
UV extremo
1. Fotolitografía
4. Menor λ que
fotolitografía
Convencional
Rayos X
2. Haz de electrones
(generación de máscara)
Haz de electrones
Haz enfocado de iones
5. Partículas
“Nueva
generación”
Haz de protones
6. Nanoimpresión
Partículas neutras
“Dip-pen”
7. Sonda de barrido
8. Magnetolitografía
9. Nanoesferas
Termoquímica
Oxidación local
¿Qué es la nanolitografía?

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

Estudio y aplicación de la fabricación de
estructuras nanométricas: 1-100nm
Descendente (“Top-Down”)
Patrones litografiados en los que, al
menos, una de sus dimensiones
longitudinales nanométrica.
Fabricación de circuitos integrados de
semiconductores o sistemas
nanoelectromecánicos, conocidos como
Nanoelectromechanical Systems (NEMS)
Nanolitografía termoquímica
30 micras. Pixeles de 125nm
http://www.cnt.fraunhofer.de/de/Kompetenzen/Patt
erning/Capabilities/Test_structures.html
http://www.sciencemag.org/content/290/5496/1532/F3
.expansion
Litografía con y sin máscara
1. Limpieza de la superficie del material.
2. Depósito de la resina fotosensible sobre la
superficie.
 3. Horneado del material para deshidratar la
resina fotosensible.
 4. Exposición de la película con el patrón
deseado.
 5. Revelado:


◦
◦
Removido de la película expuesta
Removido de la resina fotosensible no expuesta
6. Tratamiento de la parte descubierta del
sustrato.
 7. Remoción de la resina: eliminador.

http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/22088/Capitulo4.pdf
1. Fotolitografía

Exposición: Luz UV a través de una placa
(fotomáscara) sobre una oblea con
fotoresina.

Remoción del material fotosensible

Revelado: Eliminación de zonas
expuestas a la luz UV con un solvente.

Patrón de la fotomáscara sobre la oblea.

Fotomáscara: Áreas opacas y
transparentes con el patrón deseado
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Scientist_in_the_LCN_cleanroom_
photolithography_lab.jpg
Olivos Flores, Erik, Diseño y fabricación de un patrón mediante litografía por haz de electrones. Maestría en Ciencia e Ingeniería de
Materiales Universidad Nacional Autónoma de México, 2013 Maestría y Doctorado en Ciencia e Ingeniería de Materiales
1. Fotolitografía
Litografía ultravioleta extrema (EULV)
λ = 13.5 nm
2015 : técnica de litografía “next-genration” (NGL) más
popular .
Producción en masa
2. Litografía de haz de electrones

1.
2.
3.

Deriva de la microscopía de
barrido
Exposición: Haz de e- sobre una
superficie cubierta con una
película de sensible a los e(fotoresina)
(Polimetilmetacrilato = PMMA,
HSQ)
Depósito de metales
Remoción de material con
solventes específicos.
Con o sin máscara
Los e- modifican la red polimérica
en las regiones expuestas al haz en
patrón deseado
Video: http://www.snipview.com/q/Electron_beam_lithography
2. Litografía de haz de electrones

Usos:
◦ Industria de
circuitos
integrados
◦ Estudio de
efectos cuánticos
◦ Grabar patrones
de referencia
◦ Aisla
nanoestructuras
entre sí
Ventajas
• Resolución:
5nm
• Flexible en
materiales /
patrones
posibles
Desventajas
• Costoso
• Complicada
• Lenta en 1 o 2
órdnes de
magnitud a la
fotolitografía
Olivos Flores, Erik, Diseño y fabricación de un patrón mediante litografía por haz de electrones. Maestría en Ciencia e Ingeniería de
Materiales Universidad Nacional Autónoma de México, 2013 Maestría y Doctorado en Ciencia e Ingeniería de Materiales
3. Litografía de inmersión

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



Técnica de mejora de la
resolución de fotolitografía para
la fabricación de circuitos
integrados (ICs)
Reemplaza el aire usual entre la
lente final y la superficie de la
oblea con un medio líquido que
tiene un índice de refracción
mayor que uno.
La resolución se aumenta por un
factor igual al índice de
refracción del líquido.
Agua altamente purificada de
este líquido
45 nanómetros.
Década de 1980 por primera vez.
http://www.nature.com/scientificamerican/journal/v29
3/n1/box/scientificamerican0705-64_BX1.html
www.sigmaaldrich.com%2Ftechnicaldocuments%2Farticles%2Fmaterialmatters%2Fhexafluoroalcohol-functionalized.html
4. Litografía con menor λ
Litografía por rayos X
Ultra UV : λ = 13.5 nm
La difracción es casi nula
Se utilizan materiales y componentes
muy diferentes a los utilizados en la
fotolitografía.
 Con o sin máscara usando interferencia
de rayos X




5. Litografía por partículas

Haz de iones: Utiliza un haz enfocado de iones
ligeros energéticos (He +) para transferir el
patrón a una superficie.

H+, Ga+
Tienen difracción despreciable
 Mucha mayor masa ⇨ Mayor energía


Cambios físico-químicos en la región del material
donde impactan
5. Litografía por partículas
Escritura con haz de protones
5. Litografía por partículas





Partículas Neutras:
Amplio haz de átomos neutros
energéticos inunda una máscara
El haz transmitido permite
transferir el patrón sobre un
sustrato.
Profundidad sub-5 nm y resiste
dispersión
No hay acumulación de carga:
rugosidad errores de colocación
del patrón
6. Litografía de impresión



“Estampa” una resina
Tipos: Termoplastica
(TNIL), foto (PNIL)
Monómero o polímero
tratado por calor o luz
UV durante la
impresión.
Gabor L. Hornyak, H.F. Tibbals, Joydeep Introduction to Nanoscience and Nanotechnology.
http://www.nilt.com/506/polymer-nil-stamps
Nanoimprenta

Hoja de plástica: 10 x 30
cm estampada con una
serie de líneas de
polímero a nanoescala
utilizando la litografía por
nanoimpresión rollo-arollo
7. Litografía de sonda de Barrido
Scanning probe lithography (SPL)
Dip-pen nanolitografía: método aditivo, difusivo.
Nanolitografía termoquímica.
Escaneo térmico de la sonda litografía crea superficies 3D a
partir de polímeros
Nanolitografía de oxidación local.

http://newscenter.lbl.gov/2011/11/07/inking-nanostructures-with-tinysoldering-iron/
Plasmonic imaging lithography (PIL)
Excitando los plasmones polaritones
superficiales acoplados anti-simétricos en
una estructura, se pueden formar patrones
periódicos de resolución ultra alta en una
resina fotosensible.
 La resolución de los patrones generados
se puede ajustar cambiando el índice de
refracción y grosor de la resina fotosensible.
http://www.nature.com/articles/srep05618
8. Magnetolitografía



Máscaras de metales
paramagnéticos.
Definen la distribución
espacial y forma del
campo magnético.
Nanoparticulass
ferromagnéticas
arregladas en el
subtrato de acuerdo al
campo inducido por la
máscara magnética.
9. Litografía de nanoesferas
Usa monocapas de esferas autoarregladas
(poliestireno) como máscaras de evaporación.
 Nanopuntos de oro controlados precisamente.

Impresión láser de nanopartículas simples
Las fuerzas ópticas inducidas por esparcimiento y
aborsión de fotones sobre nanopartículas se usan para
dirigir a las nanopartículas a posiciones específicas en
substratos utilizando fuerzas de Van der Waals.
Nanopartículas metálicas: Esparcimiento plasmónicamente
inducido y secciones transversales de absorción.

research.ibm.com
http://www.whatsonshenzhen.com/tech.php