Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Tecniche litografiche/Litografia a fascio ionico
La litografia a fascio ionico (Ion Beam Lithography, IBL) è una tecnica di scrittura diretta simile alla litografia elettronica, ma utilizza un fascio focalizzato di ioni invece che di elettroni. Tale tecnica ha oggi interesse prevalentemente sperimentale e di laboratorio. Un grande vantaggio presentato da tale tecnica IBL rispetto alla litografia a fascio di elettroni, è dovuto al fatto che gli ioni presentano massa maggiore rispetto agli elettroni, questo consente di evitare fenomeni di scattering e quindi di ottenere una migliore risoluzione; gli ioni, inoltre, non subiscono diffrazione ed il resist risulta più sensibile agli ioni che agli elettroni (gli ioni presentano una maggiore energia rispetto agli elettroni), di conseguenza, la IBL è una tecnica più veloce rispetto alla litografia elettronica.
Principio di funzionamento
[modifica | modifica sorgente]Un fascio di ioni (solitamente ioni di gallio, elio o neon) viene generato, accelerato e focalizzato su un substrato ricoperto da un resist sensibile agli ioni. Gli ioni, avendo massa molto maggiore rispetto agli elettroni, penetrano meno nel materiale e subiscono minore scattering, permettendo una risoluzione teorica anche inferiore ai 5 nm.
Il fascio può:
- modificare localmente le proprietà del resist (esposizione diretta);
- rimuovere materiale per effetto di sputtering;
- oppure impiantare ioni nel substrato per modificare localmente la composizione chimica.
Vantaggi
[modifica | modifica sorgente]- Elevata risoluzione (< 5 nm);
- Ridotto effetto di scattering e prossimità rispetto alla litografia elettronica;
- Possibilità di lavorare materiali non conduttivi;
- Alta precisione di scrittura e incisione diretta.
Svantaggi
[modifica | modifica sorgente]- Lentezza elevata e resa molto bassa;
- Difficoltà nel generare e focalizzare fasci di ioni stabili;
- Danni strutturali nel resist o nel substrato dovuti all’elevata energia ionica;
- Maschere (quando utilizzate) complesse e costose.
Applicazioni
[modifica | modifica sorgente]- Scrittura diretta di microstrutture e nanostrutture;
- Modifica locale di materiali e resist;
- Prototipazione di dispositivi MEMS e NEMS[1];
- FIB (Focused Ion Beam) per incisioni, riparazioni e caratterizzazione.
Confronto con altre tecniche
[modifica | modifica sorgente]| Tecnica | Particelle usate | Risoluzione | Throughput | Applicazioni |
|---|---|---|---|---|
| Litografia elettronica | Elettroni | 5–10 nm | Basso | Maschere, prototipi |
| Litografia a fascio ionico | Ioni (Ga⁺, He⁺) | < 5 nm | Molto basso | Scrittura diretta, FIB |
| Litografia ottica | Fotoni UV | 50–100 nm | Alto | Produzione di massa |
Stato attuale
[modifica | modifica sorgente]La litografia a fascio ionico è oggi una tecnica di nicchia, utilizzata principalmente per la ricerca e la prototipazione. Le sue applicazioni più diffuse si trovano nei sistemi FIB (Focused Ion Beam), impiegati in laboratori di nanofabbricazione e microscopia per incidere, depositare o analizzare materiali con risoluzione nanometrica.
A causa della bassa produttività e dei costi elevati, non è una tecnica impiegata nei processi industriali di larga scala.
Note
[modifica | modifica sorgente]- ↑ Nano Electro-Mechanical Systems, cioè sistemi analoghi ai MEMS, ma di dimensione nanometrica.
Bibliografia
[modifica | modifica sorgente]- Madou, Marc J. Fundamentals of Microfabrication and Nanotechnology, three-volume set., CRC Press, 4ª ed. (2018).
- Jon Orloff, Handbook of charged particle optics, CRC press, (2017).
- J. E. E. Baglin,Ion beam nanoscale fabrication and lithography—a review,Applied Surface Science, vol. 258, pp.4103-4111, (2012).