Литография с термосканирующим зондом
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Термическое разложение полимера

Литография с тепловым сканирующим зондом (t-SPL) - это форма литографии со сканирующим зондом [1] (SPL), при которой материал структурируется на наноуровне с использованием сканирующих зондов , в первую очередь за счет приложения тепловой энергии .

Смежные области включают термомеханическое звуковое давление (см. Также « Память многоножек» ), термохимическое звуковое давление [2] [3] (или термохимическая нанолитография ), где целью является влияние на локальный химический состав, и литография с помощью термографического пера [4] в качестве аддитивного метода. .

История

Ученые Дэниела Ругара и Джона Мамина из исследовательских лабораторий IBM в Альмадене были пионерами в использовании зондов с подогревом АСМ (атомно-силовой микроскоп) для модификации поверхностей. В 1992 году они использовали лазерные импульсы микросекундной длительности для нагрева наконечников АСМ для нанесения на полимер ПММА углублений размером до 150 нм с частотой 100 кГц. [5] В последующие годы они разработали кантилеверы с резонансными частотами выше 4 МГц и интегрированные резистивные нагреватели и пьезорезистивные датчики для записи и чтения данных. [6] [7] Этот термомеханическийКонцепция хранения данных легла в основу проекта Millipede, который был инициирован Питером Веттигером и Гердом Биннигом в исследовательских лабораториях IBM в Цюрихе в 1995 году. Это был пример запоминающего устройства с большим набором параллельных зондов, которое, однако, так и не было коммерциализировано. из-за растущей конкуренции со стороны энергонезависимой памяти, такой как флэш-память . Носитель данных из памяти Millipede состоял из полимеров с функциональными возможностями с памятью формы, как , например , поперечно-сшитым полистирол , [8] , с тем чтобы позволить записи абзацев данных посредством пластической деформациии снова стирание данных нагреванием. Однако для нанолитографии было необходимо испарение вместо пластической деформации, чтобы можно было создать любой узор на резисте . Такое локальное испарение резиста , индуцированный нагретый наконечник может быть достигнуто в течение нескольких материалов , таких как ПЕНТАЭРИТРИТОЛТЕТРАНИТРАТ , [9] сшитые поликарбонатов , [10] и Дильс-Альдер полимеры. [11] Значительный прогресс в выборе материала резиста был достигнут в 2010 году в IBM Research в Цюрихе, что привело к высокому разрешению и точному созданию трехмерного рельефного рисунка [12] с использованием самоусиливающегося материала. деполимеризация полимерного полифталальдегида (PPA) [12] [13] и молекулярных стекол [14] в качестве резиста, при котором полимер разлагается на летучие мономеры при нагревании наконечником без приложения механической силы и без скоплений или остатков резиста.

Принцип работы

Термокантилеверы изготавливаются из кремниевых пластин с использованием процессов объемной и поверхностной микрообработки. Зонды имеют радиус кривизны менее 5 нм, что обеспечивает разрешение резиста менее 10 нм. [15] резистивный нагрев осуществляется с помощью интегрированных микро-нагревателей в консольных ногах , которые создаются различными уровнями легирования . Постоянная времени нагревателей составляет от 5 мкс до 100 мкс. [16] [17] Электромиграция ограничивает длительную устойчивую температуру нагревателя до 700–800 ° C. [17] Встроенные нагреватели позволяют проводить метрологию на месте. записанных шаблонов, позволяющих управлять обратной связью [18], сшивать поля без использования маркеров совмещения [19] и с использованием предварительно шаблонных структур в качестве эталона для наложения суб-5 нм . [20] Перенос рисунка для изготовления полупроводниковых устройств, включая реактивное ионное травление и отрыв металла , был продемонстрирован с разрешением менее 20 нм. [21]

Сравнение с другими литографическими техниками

Из-за абляционного характера процесса формирования рисунка не требуется ни шаг проявки (например, селективное удаление экспонированных или неоткрытых областей фоторезиста, как при электронно-лучевой и оптической литографии ), ни коррекция оптической близости . Максимальные линейная скорость записи до 20 мм / с , как были показаны [22] с пропускными в 10 4 - 10 5 мкм 2 ч -1 диапазоне [1] , который сопоставит с одной колонкой, гауссоподобной электронный пучком с помощью HSQ как резист . [23]Разрешение трет-SPL определяется формой наконечника зонда , и не ограниченно дифракционный предел , или фокального размером пятна луча подходов, однако, зонд-образец взаимодействия в процессе метрологии на месте создания наконечника износа , [24] ограничение срока службы датчиков. Чтобы продлить срок службы наконечников зондов, были продемонстрированы наконечники с ультрананокристаллическим алмазом (UNCD) [25] и карбидом кремния (SiC) [24] или без изнашиваемых методов визуализации плавающих контактов [26] . Поверхности с рисунком не повреждаются электронами или не заряжаются из-за отсутствия электронных или ионных пучков. [21]

использованная литература

  1. ^ a b Гарсия, Рикардо; Knoll, Armin W .; Риедо, Элиза (август 2014 г.). «Продвинутая сканирующая зондовая литография». Природа Нанотехнологии . 9 (8): 577–587. arXiv : 1505.01260 . Bibcode : 2014NatNa ... 9..577G . DOI : 10.1038 / nnano.2014.157 . ISSN  1748-3387 . PMID  25091447 . S2CID  205450948 .
  2. ^ Szoszkiewicz, Роберт; Окада, Такаши; Джонс, Саймон С .; Ли, Тай-Де; Кинг, Уильям П .; Marder, Seth R .; Риедо, Элиза (2007-04-01). «Высокоскоростная термохимическая нанолитография с размером элемента менее 15 нм». Нано-буквы . 7 (4): 1064–1069. Bibcode : 2007NanoL ... 7.1064S . DOI : 10.1021 / nl070300f . ISSN 1530-6984 . PMID 17385937 .  
  3. ^ Фенвик, Оливер; Бозек, Лоран; Креджингтон, Дэн; Хаммиче, Аззедин; Лаззерини, Джованни Маттиа; Зильберберг, Ярон Р .; Качалли, Франко (октябрь 2009 г.). «Термохимические наноразмеры органических полупроводников». Природа Нанотехнологии . 4 (10): 664–668. Bibcode : 2009NatNa ... 4..664F . DOI : 10.1038 / nnano.2009.254 . ISSN 1748-3387 . PMID 19809458 .  
  4. ^ Нельсон, BA; Король, WP; Ларакуенте, Арканзас; Шихан, ЧП; Уитмен, LJ (16 января 2006 г.). «Прямое осаждение сплошных металлических наноструктур методом термографической нанолитографии». Письма по прикладной физике . 88 (3): 033104. Bibcode : 2006ApPhL..88c3104N . DOI : 10.1063 / 1.2164394 . ISSN 0003-6951 . 
  5. ^ Мамин, HJ; Ругар, Д. (1992-08-24). «Термомеханическое письмо острием атомно-силового микроскопа». Письма по прикладной физике . 61 (8): 1003–1005. Bibcode : 1992ApPhL..61.1003M . DOI : 10.1063 / 1.108460 . ISSN 0003-6951 . 
  6. ^ Мамин, HJ; Рид, РП; Terris, BD; Ругар, Д. (июнь 1999 г.). «Хранение данных высокой плотности на основе атомно-силового микроскопа». Труды IEEE . 87 (6): 1014–1027. CiteSeerX 10.1.1.457.232 . DOI : 10.1109 / 5.763314 . ISSN 0018-9219 .  
  7. ^ Чуй, ЧБ; Стоу, Т. Д.; Кенни, TW; Mamin, HJ; Terris, BD; Ругар, Д. (1996-10-28). «Кремниевые кантилеверы низкой жесткости для термической записи и пьезорезистивного считывания данных с помощью атомно-силового микроскопа». Письма по прикладной физике . 69 (18): 2767–2769. Bibcode : 1996ApPhL..69.2767C . DOI : 10.1063 / 1.117669 . ISSN 0003-6951 . 
  8. ^ T. Altebaeumer, B. Gotsmann, H. Pozidis, A. Knoll и U. Duerig, T .; Гоцманн, Б .; Pozidis, H .; Knoll, A .; Дуэриг, У. (2008). «Наноразмерная функция памяти формы в полимерах с высокой степенью поперечных связей». Нано-буквы . 8 (12): 4398–403. Bibcode : 2008NanoL ... 8.4398A . DOI : 10.1021 / nl8022737 . PMID 19367970 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  9. ^ Король, Уильям П .; Саксена, Шубхам; Nelson, Brent A .; Weeks, Brandon L .; Питчимани, Раджасекар (1 сентября 2006 г.). «Наноразмерный термический анализ энергетического материала». Нано-буквы . 6 (9): 2145–2149. Bibcode : 2006NanoL ... 6.2145K . DOI : 10.1021 / nl061196p . ISSN 1530-6984 . PMID 16968041 .  
  10. ^ Саксена, Shubham (2007). «Наноразмерная термолитография путем локального разложения полимера с использованием нагретого наконечника кантилевера атомно-силового микроскопа». Журнал микро / нанолитографии, MEMS и MOEMS . 6 (2): 023012. DOI : 10,1117 / 1,2743374 .
  11. ^ Gotsmann, B .; Duerig, U .; Frommer, J .; Хоукер, CJ (2006). «Использование химического переключения в полимере Дильса – Альдера для наноразмерной зондовой литографии и хранения данных». Современные функциональные материалы . 16 (11): 1499. DOI : 10.1002 / adfm.200500724 .
  12. ^ a b Knoll, Armin W .; Пирес, Давид; Кулембье, Оливье; Дюбуа, Филипп; Хедрик, Джеймс Л .; Фроммер, Джейн; Дуэриг, Урс (2010). «Трехмерная нанолитография на основе зондов с использованием самоусиливающихся деполимеризационных полимеров». Современные материалы . 22 (31): 3361–5. DOI : 10.1002 / adma.200904386 . PMID 20419710 . 
  13. ^ Кулембье, Оливье; Knoll, Армин; Пирес, Давид; Гоцманн, Бернд; Duerig, Urs; Фроммер, Джейн; Миллер, Роберт Д .; Дюбуа, Филипп; Хедрик, Джеймс Л. (12 января 2010 г.). "Нанолитография на основе зондов: самоусиливающаяся среда деполимеризации для сухой литографии". Макромолекулы . 43 (1): 572–574. Bibcode : 2010MaMol..43..572C . DOI : 10.1021 / ma9019152 . ISSN 0024-9297 . 
  14. ^ Пирес, Дэвид; Хедрик, Джеймс Л .; Сильва, Ануджа Де; Фроммер, Джейн; Гоцманн, Бернд; Волк, Хейко; Деспон, Мишель; Duerig, Urs; Кнолль, Армин В. (2010). «Наноразмерное трехмерное моделирование молекулярных резистов с помощью сканирующих зондов». Наука . 328 (5979): 732–735. Bibcode : 2010Sci ... 328..732P . DOI : 10.1126 / science.1187851 . ISSN 0036-8075 . PMID 20413457 . S2CID 9975977 .   
  15. ^ Ченг Лин Ли; Павел, Филипп; Хольцнер, Феликс; Деспон, Мишель; Коуди, Дэниел Дж .; Хедрик, Джеймс Л .; Аллен, Роберт; Knoll, Armin W .; Дуэриг, Урс (11 сентября 2013 г.). "Термозондовая литография без маски для технологии Si с половинным шагом 27,5 нм". Нано-буквы . 13 (9): 4485–4491. Bibcode : 2013NanoL..13.4485C . DOI : 10.1021 / nl4024066 . ISSN 1530-6984 . PMID 23965001 .  
  16. ^ Король, Уильям П .; Бхатия, Бикрамджит; Войлок, Джонатан Р .; Ким, Хо Джун; Квон, Бомджин; Ли, Бёнхи; Сомнатх, Сухас; Розенбергер, Мэтью (2013). "Кантилеверы для атомно-силовых микроскопов с подогревом и их применение". Ежегодный обзор теплопередачи . 16 : 287–326. DOI : 10,1615 / AnnualRevHeatTransfer.v16.100 .
  17. ^ a b Мамин, HJ (1996-07-15). «Термическое письмо с использованием нагретого наконечника атомно-силового микроскопа». Письма по прикладной физике . 69 (3): 433–435. Bibcode : 1996ApPhL..69..433M . DOI : 10.1063 / 1.118085 . ISSN 0003-6951 . 
  18. ^ "Европейский патентный реестр: система и метод сканирующей нанолитографии" .
  19. ^ Пол, доктор философии; Knoll, AW; Holzner, F .; Дуэриг, У. (28 сентября 2012 г.). «Полевая сшивка в термозондовой литографии с помощью корреляции шероховатости поверхности». Нанотехнологии . 23 (38): 385307. Bibcode : 2012Nanot..23L5307P . DOI : 10.1088 / 0957-4484 / 23/38/385307 . ISSN 0957-4484 . PMID 22948486 .  
  20. ^ Rawlings, C .; Duerig, U .; Hedrick, J .; Coady, D .; Кнолл, А. (июль 2014 г.). «Нанометрический контроль процесса безмаркерного наложения с использованием литографии с термосканирующим зондом». 2014 IEEE / ASME Международная конференция по передовой интеллектуальной мехатронике . С. 1670–1675. DOI : 10,1109 / AIM.2014.6878324 . ISBN 978-1-4799-5736-1. S2CID  17741062 .
  21. ^ a b Волк, Хейко; Роулингс, Колин; Менш, Филипп; Хедрик, Джеймс Л .; Коуди, Дэниел Дж .; Duerig, Urs; Knoll, Армин В. (2015-03-01). «Формирование кремниевого рисунка толщиной менее 20 нм и снятие металлического покрытия с использованием литографии с термосканирующим зондом». Журнал Vacuum Science & Technology B . 33 (2): 02B102. arXiv : 1411.4833 . DOI : 10.1116 / 1.4901413 . ISSN 2166-2746 . S2CID 118577492 .  
  22. ^ Павел, Филипп; Нолл, Армин В.; Хольцнер, Феликс; Деспон, Мишель; Дуэриг, Урс (2011). «Быстродействующая сканирующая зондовая нанолитография». Нанотехнологии . 22 (27): 275306. Bibcode : 2011Nanot..22A5306P . DOI : 10.1088 / 0957-4484 / 22/27/275306 . PMID 21602616 . 
  23. ^ Григореску, AE; Ван дер Крогт, MC; Хаген, CW; Круит, П. (2007). «10-нм линии и пробелы, записанные в HSQ с использованием электронно-лучевой литографии». Микроэлектронная инженерия . 84 (5–8): 822–824. DOI : 10.1016 / j.mee.2007.01.022 .
  24. ^ a b Lantz, Mark A .; Гоцманн, Бернд; Яроенапибал, Папот; Джейкобс, Тевис ДБ; О'Коннор, Шон Д.; Шридхаран, Кумар; Карпик, Роберт В. (2012). «Износостойкие наконечники из наноразмерного карбида кремния для сканирующих зондов». Современные функциональные материалы . 22 (8): 1639. DOI : 10.1002 / adfm.201102383 .
  25. ^ Флетчер, Патрик С .; Войлок, Джонатан Р .; Дай, Женинг; Jacobs, Tevis D .; Цзэн, Хунцзюнь; Ли, Ву; Sheehan, Paul E .; Карлайл, Джон А .; Карпик, Роберт В .; Кинг, Уильям П. (2010). «Износостойкие алмазные наконечники для нанозондов со встроенным кремниевым нагревателем для нанопроизводства на основе наконечников». САУ Нано . 4 (6): 3338–44. DOI : 10.1021 / nn100203d . PMID 20481445 . 
  26. ^ Knoll, A; Rothuizen, H; Гоцманн, Б; Duerig, U (7 мая 2010 г.). «Неизнашиваемая плавающая контактная визуализация полимерных поверхностей». Нанотехнологии . 21 (18): 185701. Bibcode : 2010Nanot..21r5701K . DOI : 10.1088 / 0957-4484 / 21/18/185701 . PMID 20378942 . 

Смотрите также

  • Нанолитография
  • Литография сканирующего зонда
  • Термохимическая нанолитография
  • Нанолитография с помощью пера
  • Атомно-силовая микроскопия
  • Сканирующая зондовая микроскопия
  • Электронно-лучевая литография
Источник « https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Thermal_scanning_probe_lithography&oldid=1019610182 »
Contribute a better translation