Spôsob tvarovania submikrometrových štruktúr v kryoelektronike využitím fullerénu C60

Číslo patentu: 286519

Dátum: 12.11.2008

Autori: Kostič Ivan, Chromik Štefan, Vincenc Oboňa Jozef

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Vynález rieši výrobu masky z fullerénu C60, ktorý sa nanáša na inverznú masku vyrobenú elektrónovou litografiou, prípadne hlbokou UV litografiou pomocou vákuovej depozície. Pomocou lift-off techniky sa z týchto dvoch vrstiev vyrobí pozitívna maska C60 spôsobilá kvalitne zabezpečiť odprášenie pomocou argónového zväzku.

Text

Pozerať všetko

(22) Dátum podania prihlášky 10. 2. 2006(24) Dátum nadobudnutia účinkov patentu 5. 12. 2008 Vestník UPV SR č. 12/2008(32) Dátum podania príoritnej prihlášky(33) Krajina alebo regionálna ÚRAD organizácia priority PRIEMYSELNEHO (40) Dátum zverejnenia prihlášky 6. 9. 2007 VLASTNICTVA Vesmík ÚPV SR c. 9/2007 SLOVENSKEJ REPUBLIKY(47) Dátum sprístupnenla patentu verejnosti 12. 11. 2008(62) Číslo pôvodnej prihlášky V prípade vylúčenej prihlášky(67) Číslo pôvodnej prihlášky úžitkového vzoru v pripade odbočenia(86) Číslo podania medzinárodnej prihlášky podľa PCT(87) Číslo zverejnenia medzinárodnej prihlášky podľa PCT(96) Číslo podania európskej patentovej prihlášky(73) Majiteľ Elektrotechnický ústav SAV, Bratislava, SK(54) Názov Spôsob tvarovania submikrometrových štruktúr v kryoelektronike využitím fullerénu C 6.,(57) AnotáciaVynález rieši výrobu masky z fullerénu Cw ktorý sa nanáša na inverznú masku vyrobenú elektrónovou litograñou, prípadne hlbokou UV litograflou pomocou vákuovej depozicie, Pomocou lift-off techniky sa z týchto dvoch vrstiev vyrobí pozitívna maska C 60 spôsobilá kvalitne zabezpečiť odprášenie pomocou argónového zväzku.Vynález sa týka spôsobu tvarovania vrstiev v kryoelektronike do motívov submikrometrových rozmerov pomocou odprášenia zväzkom argónových íónov, použitím fullerénu C 60 na výrobu tvarovacej masky.V kryoelektronike sa niektoré časti obvodov submikrometrových rozmerov vyrábajú z kuprátových vrstiev YBa 2 Cu 3 O 7 (skrátené YBCO) odprášením zväzkom argónových iónov, t. j. suchým leptaním. Je to do určitej miery podobné výrobe plošných spojov v bežnej elektrotechnike. Vrstva YBCO sa pokryje materiálom odolným proti suchému leptaniu, tzv. rezistom. Ten sa vytvaruje do podoby budúceho obvodu a nazýva sa maskou. YBCO s takto vytvorenou maskou sa vystaví bombardovaniu zväzkom argónových iónov, ktorý odpráši časti nepokryte maskou z rezistu. Z vytvoreného obvodu sa zvyšný rezist odstráni opláchnutim v príslušnej chemikálií.V súčasnosti sa na výrobu masiek na vytváranie submikrometrových štruktúr najčastejšie používa PMMA(polymetylmetakrylát) - elektrónový rezist. Masky budúcich štruktúr sa vytvárajú tak, že východiskový materiál YBCO, nanesený na podložke, sa pokryje rezistovou vrstvou PMMA a následne sa zadefmovaný vzor exponuje elektrónovým lúčom, alebo sa vzorka osvetli hlbokým UV svetlom, cez vyznačený motív štruktúry na kremennej platničke. V exponovanej, resp. osvetlenej časti rezistu dochádza k zmene jeho chemických vlastnosti, ktorých dôsledkom je zvýšená rozpustnost rezistu. Neosvetlená časť rezistu pod zadeñnovaným vzorom zostáva nerozpustná. Rozpustná časť sa odstráni príslušnou chemikálíou (vývojkou), čim vznikne požadovaná maska. Na suché leptanie YBa 2 Cu 3 O 7 (YBCO) supravodivých vrstiev, resp. ďalších kuprátových vrstiev tvarovaných do submikrometrových štruktúr, sa používa iónové odprašovanie argónovým zväzkom. Nevýhodou PMMA masky je vysoká odprašovacia rýchlosť tohto materiálu. Je viac ako štvomásobná oproti odprašovacej rýchlosti YBCO vrstvy, čim často dochádza k nedokončeniu požadovanej štruktúry.Ďalšími používanými rezistrni na výrobu masiek na suché leptanie submikrometrových mostíkov v YBCO vrstve sú materiály na báze novolaku a polystyrénu, ktore sa tiež môžu exponovať elektrónovým lúčom. Tieto sa síce vyznačujú vyššou odolnosťou pri plazmatickom leptaní v porovnaní s PMMA, ale pri iónovom odprašovaní, ktoré je pre YBCO submíkrometrovć štruktúry najvhodnejšie, je rozdiel v odolnosti zancdbateľný. Patrí k nim napríklad rezist PN 114 (Hoechsz).Všeobecne sú uvedené maskovacie vrstvy pozostávajúce z jednej vrstvy rezistu nedostatočne odolné pri odprašovaní YBCO vrstiev argónovým zväzkom. To je dôvod, prečo sa často aplikuje aj tzv. trojvrstvový rezist pozostávajúci napríklad z 20 nm hrubej platinovej vrstvy, slúžiacej ako ochranná vrstva pre YBCO,50 nm titánovej vrstvy a PMMA. PMMA vytvarovaný elektrónovou litografiou slúži ako maska, cez ktorú je reaktívnym leptanim v plazme (RIE) v BCI vytvarovaná títánová vrstva. Táto má za úlohu zvýšiť odolnost proti odprašovaniu. Miesto titánu sa aplikovali aj iné materiály ako napr. níób alebo amorfný uhlík. V týchto prípadoch treba na tvarovanie nióbovej masky použit CF., (freón), respektíve v pripade amorfného uhlíka kyslíkovú plazmu. Tieto postupy zahŕňajú pomeme komplikované vytváranie submikrónovej lepiacej masky.Z uvedeného je zrejmé, že každý z doterajších postupov má svoje nevýhody. Sú to najmä slabá odolnoť masiek z PMMA proti odprašovaniu, nutnosť využívat viacvrstvovć rezistovć masky a z toho vyplývajúca časová náročnosť, potreba viacerých technologických krokov a na to špeciálnych zariadení (RIE leptanie). Spravidla všetky umožňujú tvarovanie vrstiev len do hrúbky okolo 200 nm.Perspektívnym materiálom sa ukázal fullerén C 60, ktorý bol použitý na vytvárame masiek pre mokré leptanie YBCO PP 5101-2005 slovenská patentová prihláška. Na suché leptanie však fullerén C 60 nebol ešte použitý, lebo nebolo známe jeho správanie sa pri tvarovaní YBCO vrstiev pri odprašovaní argónovým zväzkom. Na rozdiel od mokrého leptanía, kde bola využitá odolnosť C 60 proti leptadlám a jeho selektivita proti niektorým rozpúšťadlám, tu ide o jeho vyššiu odolnosť proti odprašovaniu.Uvedené nedostatky doterajšieho stavu submikrometrového tvarovania eliminuje spôsob, ktorého podstata je v tom, že ako maska na submikrometrové tvarovanie YBCO vrstvy sa použije fullerenová vrstva C 60,ktorá je nanesená a vytvarovaná pomocou lift-off techniky s využitím PMMA elektrónového rezistu. F ullerenová vrstva má vysokú odolnot pri leptaní zväzkom argónových iónov. Leptacía rýchlosť je viac než 4 x niž 10šia oproti PMMA. Spôsob prípravy masky na subrnikrónové tvarovanie YBCO je jednoduchší oproti doteraz používaným postupom a umožňuje pripraviť submikrónové YBCO štruktúry niekoľkonásobne hrubšie ako 100 - 200 nm. Použitie materiálov podľa vynálezu prinesie zvýšenú kvalitu a presnosť výrobkov za predpokladu, že sa dodrží nasledovný postupVýchodiskový materiál-YBCO vrstva, nanesená zvyčajne na substráte z izolačného materiálu, sa bezprostredne po jej príprave (najlepšie v tom istom vákuovom cykle) pokryje ochrannou vrstvou zlata vzhľadom na to, že v ďalšom postupe bude vystavené pôsobeniu rôznych chemikálií. Ďalším krokom je nanesenie PMMA rezistu rozpustného v acetóne. Rezist sa nanesie na hornú zlatú vrstvu a elektrónovou fotolitograñou sa z neho vytvorí maska s motívmi submikrometrových rozmerov. Táto maska musí spĺňať požiadavky na realizáciu tzv. lift-off techniky (výška rezistu, tvar okrajov rezistu atď.) Rezist je vo forme negatívnej masky, to znamená že zakrýva plochy ktoré majú byť odleptané a odkrýva plochy ktoré sú súčasťou budúcej elektronickej štruktúry.Na takto pripravenú dvojvrstvu pokrytú vytvarovaným PMMA rezistom, sa nanesie líxllerén C 60, z ktorého sa má vytvorit maska, ktorá zakryj e pozlátené plochy ktoré majú ostať a odkryje plochy, ktoré majú byť odleptané. Ponorenim tejto 4-vrstvovej zostavy do acetónu, začnú sa rozpúšťať časti spodnej rezistovej masky, lebo sú z bočných okrajov svojich rozhraní podmývané rozpúšťadlom. Fullerénové plôšky ležiace priamo na zlatom povrchu ostanú priľnuté, ale tie, pod ktorými bol rozpustený rezist, sa zdvihnú a sú v rozpúšťadle odplavené (lift-off proces). Pozitívna fullerénová maska je hotová a vrstvy sú pripravené na suché leptanie argónovým zväzkom. Po leptaní sa fullerénová maska odstráni rozpustením v toluéne. Výhodou fullerénu C 60 je aj to, že oproti ostatným rezistom má malú mechanickú odolnosť, takže aj pri jeho prípadnom nedokonalom chemickom odstránení je možné pokračovať v realizácii elektrických kontaktov k vytvarovanej YBCO štruktúre. Zlato, ktoré sa nachádza na povrchu vytvarovanej tenkovrstvovej štruktúry, sa využíva pri ďalších technologických postupoch, alebo sa môže odstrániť.Prehľad obrázkov na výkresochCelý postup vytvorenia masky a jej pomocou konečného submikrometrového motívu v YBCO supravodivej vrstve podľa vynálezu je znázomený na obr. 1 a opísaný V príklade uskutočnenia vynálezu.Na očistený povrch 2 vrstvy YBCO, pripravenej na substráte 3, sa v prvom kroku a) naniesla tenká vrstva zlata 1 (50 - 70 nm). Táto slúži na ochranu samotnej YBCO vrstvy pred chemikáliarni použitými v nasledujúcich krokoch. V ďalšom kroku b) sa na zlato 1 naniesla vrstva (cca 1,5 m) PMMA rezistu 4. Do naneseného rezistu 4 sa elektrónovou fotolitografxou vytvaroval negatívny obraz požadovaného tvaru budúcej štruktúry.Nasledoval krok c), v ktorom sa na negatívny obraz štruktúry vákuovou depozíciu naníesla vrstva 5 ñrllerénu C 60 (400 - 800 nm). Ponorením do acetónu v kroku d) sa vrstva rezistu 4 rozpustila, čím sa zdvihla a odstránila na ňom ležiaca vrstva 5 fullerénu C 50 (lift-off technika) a ostatná vrstva 5 ležiaca na zlate 1, vytvorila pozitívnu masku k požadovanej štruktúre.Nasledovalo odprašovanie YBCO vrstvy 2 (krok f) pomocou argónového zväzku, ktorým sa vytvorila požadovaná finálna štruktúra. Po vytvarovaní štruktúry sa ñrllerénová maska odstránila v toluéne.Spôsob tvarovania tenkých vrstiev, použitím fullerénu C 60 na vytváranie masiek na suché leptanie, je vhodný najmä na výrobu obvodov a súčiastok supravodivých vrstiev pre kryoelektroniku. Tiež je vhodne ho použiť všade tam, kde je potrebne tvarovať pomocou argónového zväzku vrstvy s nižším odprašovacím koefrcientom.l. Spôsob tvarovania submikrometrových štruktúr v kryoelektronike využitím fullerénu C 50, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že na vrstvu YBCO, pripravenú na podložke sa nanesie vrstva elektrónového rezistu(PMMA) , z ktorej sa podľa požadovanej štruktúry elektrónovou litograñou vytvorí inverzná maska, ktorá sa vákuovou depoziciou celá prekryje fullerénorn C 50, následne sa lift-off technikou rezistová inverzná maska odstráni a vznikne pozitívna fullerénová C 50 maska k požadovanej štruktúre, pripravená na tvarovanie odpra šovaním zväzkom argónových iónov. 2. Použitie fullerénu C 50 na tvarovanie submikrometrových štruktiír v kryoelektroníke podľa nároku 1.

MPK / Značky

MPK: H01L 39/24, C23C 16/04, H01L 39/14

Značky: spôsob, kryoelektronike, struktur, tvarovania, fullerénu, submikrometrových, využitím

Odkaz

<a href="https://skpatents.com/5-286519-sposob-tvarovania-submikrometrovych-struktur-v-kryoelektronike-vyuzitim-fullerenu-c60.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob tvarovania submikrometrových štruktúr v kryoelektronike využitím fullerénu C60</a>

Podobne patenty