Jump to content

Термосканирующая зондовая литография

Термическое разложение полимера

Термосканирующая зондовая литография ( t-SPL ) — это разновидность сканирующей зондовой литографии. [1] (SPL), при котором материал структурируется на наноуровне с помощью сканирующих зондов , в первую очередь за счет применения тепловой энергии .

Связанными областями являются термомеханический SPL (см. Также «Память многоножек» ), термохимический SPL. [2] [3] (или термохимическая нанолитография ), цель которой состоит в том, чтобы повлиять на местную химию, и термическая литография пером. [4] как аддитивный метод.

Ученые Дэниела Ругара и Джона Мамина из исследовательских лабораторий IBM в Альмадене были пионерами в использовании нагретых зондов AFM (атомно-силовой микроскоп) для модификации поверхностей. В 1992 году они использовали микросекундные лазерные импульсы для нагрева наконечников АСМ и записи отпечатков размером до 150 нм на полимере ПММА со скоростью 100 кГц. [5] В последующие годы были разработаны кантилеверы с резонансными частотами выше 4 МГц и встроенными резистивными нагревателями и пьезорезистивными датчиками для записи и чтения данных. [6] [7] Эта концепция термомеханического 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 датчиков, который Однако так и не была коммерциализирована из-за растущей конкуренции со стороны энергонезависимой памяти, такой как флэш-память . Носитель памяти «Многоножки» состоял из полимеров с функцией памяти формы, таких как, например, сшитый полистирол . [8] чтобы можно было записывать отступы данных путем пластической деформации и снова стирать данные путем нагрева. Однако испарение вместо пластической деформации было необходимо для приложений нанолитографии , чтобы иметь возможность создавать любой рисунок в резисте . Такое локальное испарение резиста, вызванное нагретым наконечником, может быть достигнуто для некоторых материалов, таких как тетранитрат пентаэритрита . [9] сшитые поликарбонаты , [10] и полимеры Дильса-Альдера . [11] Значительный прогресс в выборе резистного материала был достигнут в 2010 году в исследовательском центре IBM в Цюрихе, что привело к созданию высокого разрешения и точного трехмерного рельефного рисунка. [12] с использованием самоамплифицированного деполимеризационного полимера полифталевого альдегида (ППА) [12] [13] и молекулярные стекла [14] как резист, где полимер разлагается на летучие мономеры при нагревании наконечником без приложения механической силы и без скопления или остатков резиста.

Принцип работы

[ редактировать ]

Термические кантилеверы изготавливаются из кремниевых пластин с использованием процессов объемной и поверхностной микрообработки. Зонды имеют радиус кривизны менее 5 нм, что обеспечивает разрешение менее 10 нм в резисте. [15] Резистивный нагрев осуществляется встроенными микронагревателями в опорах консоли , которые создаются с помощью различных уровней легирования . Постоянная времени нагревателей находится в пределах от 5 мкс до 100 мкс. [16] [17] Электромиграция ограничивает долговременную устойчивую температуру нагревателя до 700–800 ° C. [17] Встроенные нагреватели обеспечивают на месте , обеспечивая контроль с обратной связью. измерение записанных шаблонов [18] в полевых условиях вышивка без использования маркеров совмещения [19] и использование предварительно структурированных структур в качестве эталона для наложения размером менее 5 нм . [20] Передача рисунка для изготовления полупроводниковых устройств , включая реактивное ионное травление и отрыв металла , была продемонстрирована с разрешением менее 20 нм. [21]

Сравнение с другими методами литографии

[ редактировать ]

Из-за абляционного никаких стадий проявки (например, выборочного удаления экспонированных или неэкспонированных областей резиста, как в случае электронной лучевой и оптической литографии характера процесса формирования рисунка не требуется ), а также оптической коррекции близости . Показана максимальная скорость линейного письма до 20 мм/с. [22] с пропускной способностью в 10 4 – 10 5 мкм 2 час −1 диапазон [1] что сравнимо с одноколонным электронным лучом гауссовой формы с использованием HSQ в качестве сопротивления. [23] Разрешение t-SPL определяется формой кончика зонда и не ограничивается дифракционным пределом или размером фокусного пятна приближающегося луча, однако взаимодействие зонда с образцом во время процесса метрологии на месте приводит к износу зонда . [24] ограничение срока службы зондов. Чтобы продлить срок службы наконечников зондов, используется ультрананокристаллический алмаз (UNCD). [25] и с покрытием из карбида кремния (SiC). [24] наконечники или неизнашиваемые плавающие контактные методы визуализации [26] были продемонстрированы. Поверхности с рисунком не повреждаются электронами и не заряжаются из-за отсутствия электронных или ионных пучков. [21]

  1. ^ Jump up to: а б Гарсия, Рикардо; Нолл, Армин В.; Риедо, Элиза (август 2014 г.). «Усовершенствованная сканирующая зондовая литография». Природные нанотехнологии . 9 (8): 577–587. arXiv : 1505.01260 . Бибкод : 2014НатНа...9..577Г . дои : 10.1038/nnano.2014.157 . ISSN   1748-3387 . ПМИД   25091447 . S2CID   205450948 .
  2. ^ Шошкевич, Роберт; Окада, Такаши; Джонс, Саймон С.; Ли, Тай-Де; Кинг, Уильям П.; Мардер, Сет Р.; Риедо, Элиза (1 апреля 2007 г.). «Высокоскоростная термохимическая нанолитография с размером элемента менее 15 нм». Нано-буквы . 7 (4): 1064–1069. Бибкод : 2007NanoL...7.1064S . дои : 10.1021/nl070300f . ISSN   1530-6984 . ПМИД   17385937 .
  3. ^ Фенвик, Оливер; Божец, Лоран; Кредингтон, Дэн; Хаммиш, Аззедин; Лаццерини, Джованни Маттиа; Зильберберг, Ярон Р.; Качиалли, Франко (октябрь 2009 г.). «Термохимическое наноструктурирование органических полупроводников». Природные нанотехнологии . 4 (10): 664–668. Бибкод : 2009NatNa...4..664F . дои : 10.1038/nnano.2009.254 . ISSN   1748-3387 . ПМИД   19809458 .
  4. ^ Нельсон, бакалавр; Кинг, В. П.; Ларакуэнте, Арканзас; Шихан, ЧП; Уитмен, ЖЖ (16 января 2006 г.). «Прямое осаждение непрерывных металлических наноструктур методом термической нанолитографии пером». Письма по прикладной физике . 88 (3): 033104. Бибкод : 2006ApPhL..88c3104N . дои : 10.1063/1.2164394 . ISSN   0003-6951 .
  5. ^ Мамин, HJ; Ругар, Д. (24 августа 1992 г.). «Термомеханическое письмо иглой атомно-силового микроскопа». Письма по прикладной физике . 61 (8): 1003–1005. Бибкод : 1992АпФЛ..61.1003М . дои : 10.1063/1.108460 . ISSN   0003-6951 .
  6. ^ Мамин, HJ; Рид, Р.П.; Террис, Б.Д.; Ругар, Д. (июнь 1999 г.). «Хранилище данных высокой плотности на базе атомно-силового микроскопа». Труды IEEE . 87 (6): 1014–1027. CiteSeerX   10.1.1.457.232 . дои : 10.1109/5.763314 . ISSN   0018-9219 .
  7. ^ Чуй, БВ; Стоу, Т.Д.; Кенни, ТВ; Мамин, HJ; Террис, Б.Д.; Ругар, Д. (28 октября 1996 г.). «Силиконовые кантилеверы низкой жесткости для термозаписи и пьезорезистивного считывания с помощью атомно-силового микроскопа». Письма по прикладной физике . 69 (18): 2767–2769. Бибкод : 1996ApPhL..69.2767C . дои : 10.1063/1.117669 . ISSN   0003-6951 .
  8. ^ Т. Альтебаймер, Б. Готсманн, Х. Позидис, А. Нолл и У. Дюриг, Т.; Гоцманн, Б.; Позидис, Х.; Нолл, А.; Дюриг, У. (2008). «Наномасштабная функция памяти формы в сильно сшитых полимерах». Нано-буквы . 8 (12): 4398–403. Бибкод : 2008NanoL...8.4398A . дои : 10.1021/nl8022737 . ПМИД   19367970 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  9. ^ Кинг, Уильям П.; Саксена, Шубхам; Нельсон, Брент А.; Уикс, Брэндон Л.; Питчимани, Раджасекар (1 сентября 2006 г.). «Наномасштабный термический анализ энергетического материала». Нано-буквы . 6 (9): 2145–2149. Бибкод : 2006NanoL...6.2145K . дои : 10.1021/nl061196p . ISSN   1530-6984 . ПМИД   16968041 .
  10. ^ Саксена, Шубхам (2007). «Наномасштабная термическая литография путем локального разложения полимера с использованием нагретого наконечника кантилевера атомно-силового микроскопа». Журнал микро/нанолитографии, MEMS и MOEMS . 6 (2): 023012. дои : 10.1117/1.2743374 .
  11. ^ Гоцманн, Б.; Дюриг, У.; Фроммер, Дж.; Хокер, CJ (2006). «Использование химического переключения в полимере Дильса-Альдера для нанозондовой литографии и хранения данных». Передовые функциональные материалы . 16 (11): 1499. doi : 10.1002/adfm.200500724 . S2CID   35897811 .
  12. ^ Jump up to: а б Нолл, Армин В.; Пирес, Давид; Кулембье, Оливье; Дюбуа, Филипп; Хедрик, Джеймс Л.; Фроммер, Джейн; Дюриг, Урс (2010). «3-D нанолитография на основе зондов с использованием самоамплифицированных деполимеризационных полимеров». Продвинутые материалы . 22 (31): 3361–5. дои : 10.1002/adma.200904386 . ПМИД   20419710 . S2CID   205236203 .
  13. ^ Кулембье, Оливье; Нолл, Армин; Пирес, Давид; Гоцманн, Бернд; Дюриг, Урс; Фроммер, Джейн; Миллер, Роберт Д.; Дюбуа, Филипп; Хедрик, Джеймс Л. (12 января 2010 г.). «Нанолитография на основе зондов: самоамплифицированная среда деполимеризации для сухой литографии». Макромолекулы . 43 (1): 572–574. Бибкод : 2010МаМол..43..572C . дои : 10.1021/ma9019152 . ISSN   0024-9297 .
  14. ^ Пирес, Давид; Хедрик, Джеймс Л.; Сильва, Ануха Де; Фроммер, Джейн; Гоцманн, Бернд; Вольф, Хейко; Деспон, Мишель; Дюриг, Урс; Нолл, Армин В. (2010). «Наномасштабное трехмерное формирование структуры молекулярных резистов с помощью сканирующих зондов» . Наука . 328 (5979): 732–735. Бибкод : 2010Sci...328..732P . дои : 10.1126/science.1187851 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   20413457 . S2CID   9975977 .
  15. ^ Чеонг, Лин Ли; Пол, Филип; Хольцнер, Феликс; Деспон, Мишель; Коуди, Дэниел Дж.; Хедрик, Джеймс Л.; Аллен, Роберт; Нолл, Армин В.; Дюриг, Урс (11 сентября 2013 г.). «Безмасочная литография с термозондом для технологии Si с полушагом 27,5 нм». Нано-буквы . 13 (9): 4485–4491. Бибкод : 2013NanoL..13.4485C . дои : 10.1021/nl4024066 . ISSN   1530-6984 . ПМИД   23965001 .
  16. ^ Кинг, Уильям П.; Бхатия, Бикрамджит; Фелтс, Джонатан Р.; Ким, Хо Джун; Квон, Бомджин; Ли, Бёнхи; Сомнатх, Сухас; Розенбергер, Мэтью (2013). «Нагреваемые кантилеверы атомно-силового микроскопа и их применение». Ежегодный обзор теплопередачи . 16 : 287–326. doi : 10.1615/AnnualRevHeatTransfer.v16.100 .
  17. ^ Jump up to: а б Мамин, HJ (15 июля 1996 г.). «Термическое письмо с использованием нагретого наконечника атомно-силового микроскопа». Письма по прикладной физике . 69 (3): 433–435. Бибкод : 1996АпФЛ..69..433М . дои : 10.1063/1.118085 . ISSN   0003-6951 .
  18. ^ «Европейский патентный реестр: Система и метод сканирующей зондовой нанолитографии» .
  19. ^ Пол, доктор философии; Нолл, AW; Хольцнер, Ф.; Дюриг, У. (28 сентября 2012 г.). «Полевая сшивка в термозондовой литографии методом корреляции шероховатости поверхности». Нанотехнологии . 23 (38): 385307. Бибкод : 2012Nanot..23L5307P . дои : 10.1088/0957-4484/23/38/385307 . ISSN   0957-4484 . ПМИД   22948486 . S2CID   41606422 .
  20. ^ Роулингс, К.; Дюриг, У.; Хедрик, Дж.; Коуди, Д.; Нолл, А. (июль 2014 г.). «Нанометровый контроль процесса безмаркерного наложения с использованием термосканирующей зондовой литографии». Международная конференция IEEE/ASME по передовой интеллектуальной мехатронике , 2014 г. стр. 1670–1675. дои : 10.1109/AIM.2014.6878324 . ISBN  978-1-4799-5736-1 . S2CID   17741062 .
  21. ^ Jump up to: а б Вольф, Хейко; Роулингс, Колин; Менш, Филипп; Хедрик, Джеймс Л.; Коуди, Дэниел Дж.; Дюриг, Урс; Нолл, Армин В. (01 марта 2015 г.). «Создание рисунка на кремнии размером менее 20 нм и отрыв металла с помощью термосканирующей зондовой литографии». Журнал вакуумной науки и технологий B. 33 (2): 02Б102. arXiv : 1411.4833 . дои : 10.1116/1.4901413 . ISSN   2166-2746 . S2CID   118577492 .
  22. ^ Пол, Филип; Нолл, Армин В.; Хольцнер, Феликс; Деспон, Мишель; Дюриг, Урс (2011). «Быстрая сканирующая зондовая нанолитография». Нанотехнологии . 22 (27): 275306. Бибкод : 2011Nanot..22A5306P . дои : 10.1088/0957-4484/22/27/275306 . ПМИД   21602616 . S2CID   22873241 .
  23. ^ Григореску, А.Е.; Ван дер Крогт, MC; Хаген, CW; Круит, П. (2007). «Линии и пространства 10 нм, написанные в HSQ с использованием электронно-лучевой литографии». Микроэлектронная инженерия . 84 (5–8): 822–824. дои : 10.1016/j.mee.2007.01.022 .
  24. ^ Jump up to: а б Ланц, Марк А.; Гоцманн, Бернд; Яроенапибал, Папот; Джейкобс, Тевис Д.Б.; О'Коннор, Шон Д.; Шридхаран, Кумар; Карпик, Роберт В. (2012). «Износостойкие наноразмерные наконечники из карбида кремния для сканирующих зондов». Передовые функциональные материалы . 22 (8): 1639. doi : 10.1002/adfm.201102383 . S2CID   97825786 .
  25. ^ Флетчер, Патрик С.; Фелтс, Джонатан Р.; Дай, Жентинг; Джейкобс, Тевис Д.; Цзэн, Хунцзюнь; Ли, Ву; Шиэн, Пол Э.; Карлайл, Джон А.; Карпик, Роберт В.; Кинг, Уильям П. (2010). «Износостойкие наконечники алмазных нанозондов со встроенным кремниевым нагревателем для нанопроизводства на основе наконечников». АСУ Нано . 4 (6): 3338–44. дои : 10.1021/nn100203d . ПМИД   20481445 . S2CID   207569731 .
  26. ^ Нолл, А; Ротуизен, Х; Гоцманн, Б; Дюриг, Ю (7 мая 2010 г.). «Неизнашиваемые плавающие контактные изображения полимерных поверхностей». Нанотехнологии . 21 (18): 185701. Бибкод : 2010Nanot..21r5701K . дои : 10.1088/0957-4484/21/18/185701 . ПМИД   20378942 . S2CID   694408 .

См. также

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: d951ea3a0d1460a4309219f849de9d24__1701635580
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/d9/24/d951ea3a0d1460a4309219f849de9d24.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Thermal scanning probe lithography - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)