열주사 프로브 리소그래피

Thermal scanning probe lithography
열중합체 분해

열스캔 프로브 리소그래피(t-SPL)는 스캔 프로브 리소그래피[1](SPL)의 한 형태로, 주로 열에너지의 적용을 통해 스캐닝 프로브를 사용하여 나노스케일로 재료를 구조화합니다.

관련 분야로는 열기계 SPL(밀리페드 메모리 참조), 열화학[2][3] SPL(또는 열화학 나노 리소그래피) 및 부가기술로서의 열딥펜 리소그래피[4] 등이 있습니다.

역사

알마덴에 있는 IBM 연구소의 다니엘 루거와 존 마민 주변의 과학자들은 표면을 수정하기 위해 가열된 AFM(원자력 현미경) 탐사기를 사용하는 데 선구자가 되어 왔다.1992년에는 마이크로초 레이저 펄스를 사용하여 AFM 팁을 가열하여 100kHz의 [5]속도로 150nm의 작은 인텐트를 폴리머 PMMA에 기록했습니다.그 후 몇 년 동안 그들은 4MHz 이상의 공진 주파수를 가진 캔틸레버를 개발했고 데이터 [6][7]쓰기 및 읽기를 위한 저항 히터와 피에조 저항 센서를 통합했습니다.이 열기계 데이터 스토리지 개념은 1995년 IBM 연구소 취리히에서 Peter Vettiger와 Gerd Binnig에 의해 시작된 Millipede 프로젝트의 기초를 형성했습니다.병렬 프로브가 많이 배열된 메모리 저장 장치의 한 예지만 플래시 메모리 등 비휘발성 메모리와의 경쟁이 치열해지면서 상용화되지 못했다.Milipede 메모리의 기억 매체는 가교 폴리스티렌과 [8]같은 형상 기억 기능을 가진 폴리머로 구성되어 있어 소성 변형 및 가열에 의한 데이터 소거로 데이터 인덴트를 쓸 수 있습니다.그러나 나노 리소그래피 응용 프로그램이 레지스트에 어떤 패턴을 만들 수 있으려면 소성 변형 대신 증발이 필요했습니다.가열된 팁에 의해 유발되는 레지스트의 이러한 국소 증발은 펜타에리트리톨 사질산염,[9][10] 가교 폴리카보네이트 및 디엘스-알더 [11]중합체와 같은 여러 물질에 대해 달성될 수 있습니다.항거하다 재질을 선택의 현저한 발전 2010년 IBM연구 취리히에서, 해상도 높고 정확한 3D-relief patterning[12]에self-amplified 해 중합화 중합체 polyphthalaldehyde(PPA)[12][13]와 분자 glasses[14]의 항거하다 이를 고분자 휘발성 단량체로 h.에 분해도 사용하게 앞서 나가고 만들어졌다는으로 먹고기계적 힘을 가하지 않고, 레지스트의 축적이나 잔류물이 없는 팁.

작동 원리

열 캔틸레버는 벌크 및 표면 미세 가공 공정을 사용하여 실리콘 웨이퍼로 제작됩니다.프로브의 곡선 반경은 5nm 미만이며,[15] 레지스트의 분해능은 10nm 미만입니다.저항 가열은 캔틸레버 레그에 내장된 마이크로히터에 의해 수행되며, 이들은 다양한 수준의 도핑에 의해 생성됩니다.히터의 시간 상수는 5μs ~ 100μs입니다.[16][17]일렉트로마이제이션은 장기간 지속 가능한 히터 온도를 700–800°[17]C로 제한합니다.통합된 히터는 기록된 패턴의 현장 도량형을 가능하게 하여 피드백 제어,[18] 얼라인먼트[19] 마커를 사용하지 않고 필드 스티치를 가능하게 하며 사전 패턴 구조를 5nm 미만의 [20]오버레이에 대한 참조로 사용합니다.반응성 이온 식각 및 금속 리프트오프를 포함한 반도체 장치 제조를 위한 패턴 전송은 20 nm 미만의 [21]분해능으로 입증되었습니다.

다른 리소그래피 기술과의 비교

일일 인출 한도는 200BTC입니다.HSQ를 [23]저항으로 사용하는 단일 기둥, 가우스 모양의 e빔과 동등한 10 ~ 105 μmh2−1[1] 범위의4 throughput을 가진다.t-SPL의 분해능은 프로브 팁 모양에 의해 결정되며 회절 한계 또는 빔 접근법의 초점 크기에 의해 제한되지 않지만, 현장 도량형 프로세스에서 팁 [24]마모가 발생하는 동안 팁 샘플 상호작용으로 인해 프로브의 수명이 제한됩니다.프로브 팁의 수명을 연장하기 위해 Ultraanocrystalline Diamond(UNCD)[25] 및 Silicon-Carbide(SiC) 코팅[24] 팁 또는 마모 없는 플로팅 컨택 이미징[26] 방법이 시연되었다.전자빔이나 [21]이온빔이 없기 때문에 패턴화된 표면에 전자손상이나 충전이 발생하지 않습니다.

레퍼런스

  1. ^ a b Garcia, Ricardo; Knoll, Armin W.; Riedo, Elisa (August 2014). "Advanced scanning probe lithography". Nature Nanotechnology. 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, Robert; Okada, Takashi; Jones, Simon C.; Li, Tai-De; King, William P.; Marder, Seth R.; Riedo, Elisa (2007-04-01). "High-Speed, Sub-15 nm Feature Size Thermochemical Nanolithography". Nano Letters. 7 (4): 1064–1069. Bibcode:2007NanoL...7.1064S. doi:10.1021/nl070300f. ISSN 1530-6984. PMID 17385937.
  3. ^ Fenwick, Oliver; Bozec, Laurent; Credgington, Dan; Hammiche, Azzedine; Lazzerini, Giovanni Mattia; Silberberg, Yaron R.; Cacialli, Franco (October 2009). "Thermochemical nanopatterning of organic semiconductors". Nature Nanotechnology. 4 (10): 664–668. Bibcode:2009NatNa...4..664F. doi:10.1038/nnano.2009.254. ISSN 1748-3387. PMID 19809458.
  4. ^ Nelson, B. A.; King, W. P.; Laracuente, A. R.; Sheehan, P. E.; Whitman, L. J. (2006-01-16). "Direct deposition of continuous metal nanostructures by thermal dip-pen nanolithography". Applied Physics Letters. 88 (3): 033104. Bibcode:2006ApPhL..88c3104N. doi:10.1063/1.2164394. ISSN 0003-6951.
  5. ^ Mamin, H. J.; Rugar, D. (1992-08-24). "Thermomechanical writing with an atomic force microscope tip". Applied Physics Letters. 61 (8): 1003–1005. Bibcode:1992ApPhL..61.1003M. doi:10.1063/1.108460. ISSN 0003-6951.
  6. ^ Mamin, H.J.; Ried, R.P.; Terris, B.D.; Rugar, D. (June 1999). "High-density data storage based on the atomic force microscope". Proceedings of the IEEE. 87 (6): 1014–1027. CiteSeerX 10.1.1.457.232. doi:10.1109/5.763314. ISSN 0018-9219.
  7. ^ Chui, B. W.; Stowe, T. D.; Kenny, T. W.; Mamin, H. J.; Terris, B. D.; Rugar, D. (1996-10-28). "Low‐stiffness silicon cantilevers for thermal writing and piezoresistive readback with the atomic force microscope". Applied Physics Letters. 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 and U. Duerig, T.; Gotsmann, B.; Pozidis, H.; Knoll, A.; Duerig, U. (2008). "Nanoscale Shape-Memory Function in Highly Cross-Linked Polymers". Nano Letters. 8 (12): 4398–403. Bibcode:2008NanoL...8.4398A. doi:10.1021/nl8022737. PMID 19367970.{{cite journal}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
  9. ^ King, William P.; Saxena, Shubham; Nelson, Brent A.; Weeks, Brandon L.; Pitchimani, Rajasekar (September 1, 2006). "Nanoscale Thermal Analysis of an Energetic Material". Nano Letters. 6 (9): 2145–2149. Bibcode:2006NanoL...6.2145K. doi:10.1021/nl061196p. ISSN 1530-6984. PMID 16968041.
  10. ^ Saxena, Shubham (2007). "Nanoscale thermal lithography by local polymer decomposition using a heated atomic force microscope cantilever tip". Journal of Micro/Nanolithography, MEMS, and MOEMS. 6 (2): 023012. doi:10.1117/1.2743374.
  11. ^ Gotsmann, B.; Duerig, U.; Frommer, J.; Hawker, C. J. (2006). "Exploiting Chemical Switching in a Diels–Alder Polymer for Nanoscale Probe Lithography and Data Storage". Advanced Functional Materials. 16 (11): 1499. doi:10.1002/adfm.200500724.
  12. ^ a b Knoll, Armin W.; Pires, David; Coulembier, Olivier; Dubois, Philippe; Hedrick, James L.; Frommer, Jane; Duerig, Urs (2010). "Probe-Based 3-D Nanolithography Using Self-Amplified Depolymerization Polymers". Advanced Materials. 22 (31): 3361–5. doi:10.1002/adma.200904386. PMID 20419710.
  13. ^ Coulembier, Olivier; Knoll, Armin; Pires, David; Gotsmann, Bernd; Duerig, Urs; Frommer, Jane; Miller, Robert D.; Dubois, Philippe; Hedrick, James L. (January 12, 2010). "Probe-Based Nanolithography: Self-Amplified Depolymerization Media for Dry Lithography". Macromolecules. 43 (1): 572–574. Bibcode:2010MaMol..43..572C. doi:10.1021/ma9019152. ISSN 0024-9297.
  14. ^ Pires, David; Hedrick, James L.; Silva, Anuja De; Frommer, Jane; Gotsmann, Bernd; Wolf, Heiko; Despont, Michel; Duerig, Urs; Knoll, Armin W. (2010). "Nanoscale Three-Dimensional Patterning of Molecular Resists by Scanning Probes". Science. 328 (5979): 732–735. Bibcode:2010Sci...328..732P. doi:10.1126/science.1187851. ISSN 0036-8075. PMID 20413457. S2CID 9975977.
  15. ^ Cheong, Lin Lee; Paul, Philip; Holzner, Felix; Despont, Michel; Coady, Daniel J.; Hedrick, James L.; Allen, Robert; Knoll, Armin W.; Duerig, Urs (September 11, 2013). "Thermal Probe Maskless Lithography for 27.5 nm Half-Pitch Si Technology". Nano Letters. 13 (9): 4485–4491. Bibcode:2013NanoL..13.4485C. doi:10.1021/nl4024066. ISSN 1530-6984. PMID 23965001.
  16. ^ King, William P.; Bhatia, Bikramjit; Felts, Jonathan R.; Kim, Hoe Joon; Kwon, Beomjin; Lee, Byeonghee; Somnath, Suhas; Rosenberger, Matthew (2013). "Heated Atomic Force Microscope Cantilevers and Their Applications". Annual Review of Heat Transfer. 16: 287–326. doi:10.1615/AnnualRevHeatTransfer.v16.100.
  17. ^ a b Mamin, H. J. (1996-07-15). "Thermal writing using a heated atomic force microscope tip". Applied Physics Letters. 69 (3): 433–435. Bibcode:1996ApPhL..69..433M. doi:10.1063/1.118085. ISSN 0003-6951.
  18. ^ "European Patent Register: Scanning probe nanolithography system and method".
  19. ^ Paul, Ph; Knoll, A. W.; Holzner, F.; Duerig, U. (2012-09-28). "Field stitching in thermal probe lithography by means of surface roughness correlation". Nanotechnology. 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.; Knoll, A. (July 2014). "Nanometer control of the markerless overlay process using thermal scanning probe lithography". 2014 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics. pp. 1670–1675. doi:10.1109/AIM.2014.6878324. ISBN 978-1-4799-5736-1. S2CID 17741062.
  21. ^ a b Wolf, Heiko; Rawlings, Colin; Mensch, Philipp; Hedrick, James L.; Coady, Daniel J.; Duerig, Urs; Knoll, Armin W. (2015-03-01). "Sub-20 nm silicon patterning and metal lift-off using thermal scanning probe lithography". Journal of Vacuum Science & Technology B. 33 (2): 02B102. arXiv:1411.4833. doi:10.1116/1.4901413. ISSN 2166-2746. S2CID 118577492.
  22. ^ Paul, Philip; Knoll, Armin W; Holzner, Felix; Despont, Michel; Duerig, Urs (2011). "Rapid turnaround scanning probe nanolithography". Nanotechnology. 22 (27): 275306. Bibcode:2011Nanot..22A5306P. doi:10.1088/0957-4484/22/27/275306. PMID 21602616.
  23. ^ Grigorescu, A.E.; Van Der Krogt, M.C.; Hagen, C.W.; Kruit, P. (2007). "10nm lines and spaces written in HSQ, using electron beam lithography". Microelectronic Engineering. 84 (5–8): 822–824. doi:10.1016/j.mee.2007.01.022.
  24. ^ a b Lantz, Mark A.; Gotsmann, Bernd; Jaroenapibal, Papot; Jacobs, Tevis D. B.; O'Connor, Sean D.; Sridharan, Kumar; Carpick, Robert W. (2012). "Wear-Resistant Nanoscale Silicon Carbide Tips for Scanning Probe Applications". Advanced Functional Materials. 22 (8): 1639. doi:10.1002/adfm.201102383.
  25. ^ Fletcher, Patrick C.; Felts, Jonathan R.; Dai, Zhenting; Jacobs, Tevis D.; Zeng, Hongjun; Lee, Woo; Sheehan, Paul E.; Carlisle, John A.; Carpick, Robert W.; King, William P. (2010). "Wear-Resistant Diamond Nanoprobe Tips with Integrated Silicon Heater for Tip-Based Nanomanufacturing". ACS Nano. 4 (6): 3338–44. doi:10.1021/nn100203d. PMID 20481445.
  26. ^ Knoll, A; Rothuizen, H; Gotsmann, B; Duerig, U (7 May 2010). "Wear-less floating contact imaging of polymer surfaces". Nanotechnology. 21 (18): 185701. Bibcode:2010Nanot..21r5701K. doi:10.1088/0957-4484/21/18/185701. PMID 20378942.

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