金属補導電気化学ナノインプリンティングの多孔質および固体シリコンウエハー

当社のプロトコルは、3次元の階層的微細構造を作成し、メタサーフェスベースの微細光学要素と導波路技術の設計を可能にするシリコンの新しいパターン化方法を提供します。このプロトコルは、ポリマー型および硬い金型から単一ステップで単結晶および多孔質シリコンウエハーに3D構造を複製することを可能にします。同時に、3つの方向すべてでサブ100ナノメートルの解像度を提供する。

多孔質シリコンとシリコン自体は、光学バイオセンサーや赤外線光学デバイスを製造するための素晴らしい材料です。しかし、この技術は、グループIII-V半導体に拡大し、さらにはそれ以上に拡大することを期待しています。基板先端および傾斜位置合わせへのスタンプは、均一なMacインプリントにとって非常に重要です。

このプロトコルに従って、位置合わせは、基板と接触している間にホルダーにスタンプを取り付けることによって行うことができる。Mac-インプリント用スタンプを用意するには、まず、プロトコルに記載されている手順に従ってRCA-1溶液を使用してシリコンマスターモールドを洗浄し、次にデシケータの内部にプラスチックペトリ皿にクリーンシリコンマスターモールドを配置します。プラスチック製のピペットを使用して、プラスチック製の計量ボートに数滴のPFOCSを追加し、計量ボートをマスターモールドで皿の隣に置きます。

真空ポンプをオンにし、デシケータバルブを開き、30分間真空を適用します。真空を適用している間、ガラススパチュラを使用して、シリコンエラストマーキットのベースと硬化剤を10〜15分間10対1の比率で混合します。乾燥の終わりに、シリコンマスター金型の下からデシケーターとスペーサーから計量ボートを取り外し、マスターモールドを準備したばかりのPDMSの2〜3ミリメートルの層で慎重に覆います。

デシケータバルブを開いた後にPDMSを脱気するには、さらに20分間、または気泡が消えるまで真空を適用します。2回目の乾燥期間の終わりに、皿を80°Cのホットプレートに移します。2時間後、メスを使用してプラスチックペトリ皿内の硬化PDMSの端をトリミングし、ピンセットを使用してシリコンマスターモールドからPDMSモールドを慎重に除去します。

フォトレジストUVナノインプリントの場合、スクリブアーを使用してシリコンウエハから2.5%2.5センチメートルのシリコンチップを切断し、プロトコルに記載されている手順に従ってRCA-1溶液を使用して洗浄し、クリーンチップをスピンコーターの真空チャックに置きます。チップに20マイクロメートルの厚いフォトレジスト層を塗布し、VAC ONを押してシステムに真空を適用するように示されたスピンコーティングパラメータを設定します。SU-8 2015フォトレジストの1.5ミリリットルをチップの中央に注ぎ、スピンコーターの蓋を閉めます。

次に[開始]を押してスピンを開始します。スピンの最後に、VAC OFF を押して真空をオフにし、ピンセットを使用してフォトレジストコーティングチップを取り外します。PDMSモールドをフォトレジストコーティングされたシリコンチップパターンの側面に慎重に置き、手動で金型をチップに押し込みます。

PDMS の上に UV 透明ガラス板を置き、1 平方センチメートル/15 グラムの圧力を金型とチップに塗布し、セットアップを 6 ワットの UV 光に 2 時間曝します。照射期間の終了時に、ピンセットを使用して、硬化したフォトレジストパターンの方向に平行な方向にチップからゆっくりと金型を除去します。厚さ250ナノメートルの金/銀合金層をチップに堆積させるために、まず、テキストプロトコルに記載されているように、20ナノメートルの厚いクロムと50ナノメートルの厚い金層を堆積させる。

次に、銃1 OPENをクリックして、金と銀の銃のシャッターを開きます。処理する時間を 16.5 分に設定し、DC 設定ポイントを 58 に設定し、RF セット ポイントを 150 に設定します。[回転]をクリックし、アルゴンの流量を1分当たり50標準立方センチメートルに設定します。

アルゴン、DC供給、RFサプライをクリックします。信号台が高い場合は、アルゴンコントロールを5に設定します。「ゼロ厚さで開始」をクリックして、結晶厚さモニターを開始し、それぞれ厚さを引き裂きます。

時間制御プロセスを開始するには、[タイミングプロセス]をクリックし、[PLATEN SHUTTER ソリッド]をクリックしてプッテンシャッターを開きます。厚みゼロをもう一度クリックします。スパッタリングが終了したら、[ソリッド]をクリックしてプッテンソリッドシャッターを閉じ、プレスを押してベントにしてマグネトロンスパッタチャンバーをベントします。

銀/金合金をコーティングしたMacインプリントスタンプを脱合金するには、まず脱イオン水と硝酸をガラスビーカーに1対1の比率で混ぜ、攪拌ホットプレートにビーカーを置きます。穿孔されたPTFEサンプルホルダーを混合物に浸し、毎分100回転で一定の攪拌で摂氏65度まで溶液を加熱します。溶液が目標温度に達したら、パターン化された金/銀合金コーティングされたMacインプリントスタンプをホルダーに2〜20分間置きます。

脱合金後、室温脱イオン水でMacインプリントスタンプを1分間消してください。基板にスタンプを配置するには、電気化学セルのシリコンチップの上にスタンプを下に置き、スタンプの裏面にSU-8の液滴を追加します。PTFEロッドをSU-8と接触させ、紫外線下で2時間乾燥した状態で硬化させます。

接触は、ホーム位置から約86ミリメートルです。Macインプリンティング操作を実行するには、プロトコルに記載されている手順に従ってRCA溶液を使用してクリーンパターンシリコンチップを電気化学セルの中央に配置し、Macインプリントスタンプを持つPTFEロッドの下にセルを配置します。PTFEビーカー内で17対1の比率でフッ化水素酸と過酸化水素のエッチング液を混合します。

5分後、プラスチックピペットを使用してエッチング液を電気化学セルに加えます。パターンチップに接触するMac印字スタンプを位置付けるには、スタンプを約86ミリメートル下げ、スタンプを接触位置から約300~1,000マイクロメートル下に移動して、所望の接触力を達成します。Mac インプリント スタンプを 1 ~ 30 分の間チップに接続して保持してから、[ホーム] をクリックしてロッドをホーム位置に戻します。

ピペットを使用してエッチング液を細胞から慎重に吸引し、インプリントされたシリコンチップをイソプロピルアルコールと脱イオン水でリンスします。その後、きれいな乾燥した空気でチップを乾燥させます。走査型電子顕微鏡画像は、金被覆のMacインプリントスタンプと得られたインプリントされたシリコン表面の形態学的性質を調べることができる。

本代表分析では、原子力スキャンにより得られたインプリントされた固体シリコンの断面プロファイルを、使用した多孔質金スタンプのそれと比較した。Mac-インプリント時のパターン転写忠実度と多孔質シリコン生成は、実験の成功を分析する2つの主要な基準であった。スタンプパターンがシリコン上に正確に転送され、多孔質シリコンがMacインプリント中に生成されなかった場合、Mac-インプリントは成功したと考えられていました。

ここで、Mac-インプリント中にパターン転写忠実度の欠如と多孔質シリコン生成が生じた最適以下の実験の結果が観察できる。シリコンのMacインプリントは、生命を脅かす物質であり、安全プロトコルに従い、適切な個人用保護具を着用することが最も重要であるフッ化水素酸を含むということを覚えておくことが重要です。一度大量輸送を容易にするために多孔質金でコーティングされたスタンプを利用します。

この手順に従って、エッチング液または接触力の組成を、プロセスの運動学的またはスタンプの耐久性を研究するために変化させることができる。