Home
BLIJF OP DE HOOGTE
Ontvang onze nieuwsbrief en digitale magazine
Uw adres wordt nooit aan derden doorgegeven.
Lees onze privacyverklaring.

     

ARTIKEL
Stempelen op nanoschaal SCIL Nanoimprint Solutions ontwikkelt hogeprecisie-lithografie voor wafers
Download dit artikel als pdf
Is uw adres bekend, dan wordt de pdf meteen geopend, anders krijgt u een link toegestuurd.
Ook ontvangt u onze volgende nieuwsbrief.

Stempelen op nanoschaal

SCIL Nanoimprint Solutions ontwikkelt hogeprecisie-lithografie voor wafers

In het Catalyst-gebouw van TWICE in Eindhoven perfectioneert SCIL Nanoimprint Solutions een technologie waarmee op nanoresolutie functionele structuren te creëren zijn op substraten (ofwel wafers) van verschillende materialen. Met deze lithografische technologie kunnen bedrijven de prestaties verhogen van onder meer leds, lasers, vlakke lenzen, biosensoren en zonnecellen en hun productiekosten verlagen. In het laboratorium van SCIL Nanoimprint pakt directeur Rob Voorkamp een schijf, beweegt die in het daglicht, en ineens worden allerlei fluorescerende structuren zichtbaar. De effecten worden opgewekt door nanopatronen in het materiaal ter grootte van 10 nanometer of minder. Ze zijn aangebracht met een speciale lithografietechniek, SCIL genaamd. Het acroniem SCIL staat voor ‘Substrate Conformal Imprint Lithography’. Het is een druktechnologie om structuren op nanometerresolutie op een breed palet van ultradunne substraten aan te brengen. De uitdaging voor SCIL Nanoimprint is klantspecifieke oplossingen te ontwikkelen, want geen lithografietoepassing is gelijk. Die stelt specifieke eisen aan de chemische en fysische eigenschappen van de uithardende vloeistof — de resist — en het stempel dat gebruikt wordt bij het proces.
In het Catalyst-gebouw van TWICE in Eindhoven perfectioneert SCIL Nanoimprint Solutions een technologie waarmee op nanoresolutie functionele structuren te creëren zijn op substraten (ofwel wafers) van verschillende materialen. Met deze lithografische technologie kunnen bedrijven de prestaties verhogen van onder meer leds, lasers, vlakke lenzen, biosensoren en zonnecellen en hun productiekosten verlagen. In het laboratorium van SCIL Nanoimprint pakt directeur Rob Voorkamp een schijf, beweegt die in het daglicht, en ineens worden allerlei fluorescerende structuren zichtbaar. De effecten worden opgewekt door nanopatronen in het materiaal ter grootte van 10 nanometer of minder. Ze zijn aangebracht met een speciale lithografietechniek, SCIL genaamd. Het acroniem SCIL staat voor ‘Substrate Conformal Imprint Lithography’. Het is een druktechnologie om structuren op nanometerresolutie op een breed palet van ultradunne substraten aan te brengen. De uitdaging voor SCIL Nanoimprint is klantspecifieke oplossingen te ontwikkelen, want geen lithografietoepassing is gelijk. Die stelt specifieke eisen aan de chemische en fysische eigenschappen van de uithardende vloeistof — de resist — en het stempel dat gebruikt wordt bij het proces. Commercialisering van de tech- nologie loopt goed. Voorkamp: “De eerste, zelfontwikkelde machines voor hogedoorvoer-SCIL draaien inmiddels bij een klant in de Verenigde Staten. Op dit moment worden er nog twee machines gebouwd die voor het eind van het jaar bij verschillende klanten operationeel zullen zijn.” Alternatieve lithografiemethode Voor niet-ingewijden legt Voorkamp de door zijn bedrijf ontwikkelde technologie (zie kader SCIL) nog eens in lekentaal uit. “We maken gebruik van een alternatieve lithografiemethode. Daarin speelt de ‘resist’ een belangijke rol. Dit is vergelijkbaar met de was die de koperplaat beschermt tegen de inwerking van zuren tijdens het traditionele etsen. Alleen waar de was is verwijderd, wordt het materiaal weggevreten.” SCIL kan uitkomst bieden bij de productie van allerlei half- fabrikaten, waar nu nog optische lithografie gebruikt wordt voor het maken van de patronen. “Bij optische lithografie, zoals in een ASML-machine, wordt de wafer bedekt met resist en wordt er een patroon in gemaakt door met licht de resist op bepaalde plekken te laten uitharden. Zo kun je een structuur maken om daarna te etsen. Wij slaan een stap over. Wij pakken een zachte rubberstempel, een kloon van de masterwafer, waar die patronen al inzitten, drukken die op de resist en harden de afdruk uit door verhitting of met UV-licht. We printen de structuur zo in 1 x op de wafer. Vergelijk het met het aardappelstempelen op de lagere school, maar dan op nanoschaal.” Hoge nauwkeurigheid “Waarom is dit nu zo interessant vergeleken met optische lithografie? Als je met licht werkt en je oppervlakte is niet volledig vlak, dan kun je de lichtbundel minder nauwkeurig positioneren. Deukt de oppervlakte iets uit, dan is de lichtbundel op het oppervlak out of focus. Juist bij optische lithografie is de focusafstand heel erg belangrijk; je bent immers beperkt door de golflengte van het licht. Met stempelen heb je daar geen last van. Zo kun je op een niet volledig vlakke oppervlakte nog steeds een zeer hoge nauwkeurigheid halen. We zoeken daarom naar toepassingen waar je met optische lithografie niet goed uitkomt.” Ook glas en saffier Waar silicium zeer vlak is, kan SCIL Nanoimprint ook nanostructuren aanbrengen op wafers van bijvoorbeeld glas en saffier. “Of op producten waarop al een bepaalde structuur aanwezig is. Dat moet wel met de juiste materialen, want die stempel moet de nanostructuren kunnen vasthouden. De resist moet op de juiste manier blijven zitten en niet wegvloeien. Het aanbrengen van het stempel en het erop zetten zonder te vervormen, vereist veel fysische en chemische kennis. Chemie bepaalt voor 80% onze toepassingen. Het is belangrijk wat voor soort materialen je gebruikt, dat bepaalt ook hoe gemakkelijk je de resist uit de stempel krijgt. We gebruiken daar een speciaal siliconenrubber voor.” Philips De resist is een anorganische, zogenoemde sol gel-lak die oorspronkelijk door Philips ontwikkeld werd om strijkijzers krasvaste anti-slipeigenschappen te geven. Er volgde een jarenlang onderzoekstraject binnen Philips naar nieuwe, lithografische toepassingen. Uiteindelijk werd besloten deze ontwikkeling buiten Philips voort te zetten. Dit mondde in 2015 uit in de oprichting van SCIL Nanoimprint Solutions. “De man die bij Philips de SCIL-technologie en de sol gel-lak ontwikkelde, is nu onderdeel van ons team. Deze lak is een vloeistof die uit zichzelf gaat binden. Eerst vormt er zich een gel, als je die bij een bepaalde temperatuur uitbakt, krijg je een glasachtig materiaal, een soort keramiek.” Synthese van de gel De resist en het stempelmateriaal fabriceert SCIL Nanoimprint in een van de laboratoria van Catalyst. Altijd op maat, want geen materiaal waarop de technologie wordt toegepast is gelijk. “De sol gel-resist synthetiseren we op het lab. De resist moet zo zijn samengesteld, dat hij op de juiste manier op de wafer komt. Voor het stempelmateriaal maken we een speciaal soort siliconenrubber. Dit PDMS is flexibel, maar toch hard genoeg om de structuren vast te kunnen houden. De stempel wordt onder lage druk en mechanische krachten op de resist aangebracht. Daarbij zorgt de capillaire kracht van de resist ervoor, dat de stempel aangezogen wordt. Het specialisme hiervoor hebben we zelf ontwikkeld.” Prototypes Voor de ‘drukmachine’ waren al in de periode 2002 - 2014 bij Philips prototypes ontwikkeld. In 2015 volgde de doorontwikkeling. “Toen we de SCIL-venture startten, wilden we laten zien aan de markt dat we dit ook in hoge volumes kunnen doen, zeg 60 wafers per uur. Die machine was qua design eind 2015 klaar en heet AutoSCIL. We waren toen al in contact met verschillende klanten, waarvan één er zo snel mogelijk een AutoSCIL-machine wilde hebben. Dit bedrijf maakt glasplaatjes met bepaalde structuren om het licht te manipuleren. Dat is dé toepassing waarvoor grote interesse is in de markt. Denk aan het maken van polarizers,vlakke lenzen, head-up displays, glazen voor Google Glass… Of het aanbrengen van structuren in leds voor meer lichtopbrengst. Of het toepassen van nanopilaartjes in zonnecellen, waardoor er een bepaalde lichtkleur wordt gereflecteerd. Dan kun je ze in allerlei kleuren maken. Dit kan ook om architectonische redenen leuk zijn, het rendement wordt dan iets lager, maar je kunt ze volledig integreren in het gebouw.” High precision Inmiddels hebben zich nog twee klanten aangemeld. Er zijn nu twee AutoSCILs in aanbouw. Naast de machine levert SCIL Nanoimprint de stempelmaterialen, de resist en een machine om zelf de stempels te maken. Daarmee wordt er ook echt geld verdiend. Voor een grootschaliger productie zoekt Voorkamp naar partners. Hij wil zich met zijn bedrijf blijven toeleggen op R&D en verkoop en de machinebouw aan derden overlaten. “We zitten hier met tien man, waarvan een aantal studenten. De machines werden eerst nog bij Philips gemaakt in de machinefabriek, maar dat is inmiddels uitbesteed aan VDL. Dit is high precision werk, daarvoor moet je bij de gespecialiseerde bedrijven zijn. We hebben als voordeel dat we hier gebruik kunnen maken van de supplier base in Eindhoven, bedrijven die gewend zijn hoogwaardige onderdelen te maken voor ASML en Philips. We zijn nu bezig met de verdere ontwikkeling van de machine om nog meer functionaliteit toe te voegen. Straks kun je meerdere prints over elkaar leggen, waarbij je de positionering op micrometerniveau exact houdt.” TWICE vergroot de groei- en slagingskans van jonge, groeiende hightech bedrijven. Met vier technologisch hoogwaardige huisvestingsformules op twee hightech hotspots in de Brainport regio; Technische Universiteit Eindhoven en High Tech Campus Eindhoven. De vier formules zijn: Twinning (ICT, (embedded) software en elektronica), Catalyst (elektrotechniek, werktuigbouw en (bio)chemie), ßeta (high tech R&D) en Mμ (lifetec en new energy). TWICE is een publiek-private samenwerking met als aandeelhouders: Brabantse Ontwikkelings Maatschappij (BOM), Brainport Development, Gemeente Eindhoven, Rabobank Eindhoven-Veldhoven en Technische Universiteit Eindhoven (TU/e). Meer op:
MAXUS MEDIA
LABinsights.net LABinsights.de LABinsights.nl
Ontvang onze nieuwsbrief
Nieuwsbrief archief
Volg ons
Linked
MAGAZINE
Abonneren
SERVICE EN CONTACT flag