В данной публикации представлено реферативное содержание статьи «Nanoscale Three - Dimensional Patterning of Molecular Resists by Scanning Probes» авторов David Pires,1 James L. Hedrick,2 Anuja De Silva,3 Jane Frommer,2 Bernd Gotsmann,1 Heiko Wolf,1 Michel Despont,1 Urs Duerig,1 Armin W. Knoll1* (1IBM Research–Zurich, Säumerstrasse 4, 8803 Rüschlikon, Switzerland. 2IBM Research–Almaden, 650 Harry Road, San Jose, CA 95120, USA. 3IBM Research–Watson, T.J.Watson Research Center, Yorktown Heights, NY 10598, USA, *To whom correspondence should be addressed. E-mail: ark@zurich.ibm.com)
Фото- и электронно-лучевая литография являются довольно популярными методами формирования рисунка на тонкой пленке материалов микроэлектроники. Однако эти методы обладают существенным недостатком – оставить незасвеченной область, непосредственно скрытую шаблоном, мешает дифракция. Рисунок как бы расплывается, проникая в прилегающие области. В данной статье предлагается использовать метод «сканирующей литографии». Его суть в следующем: под тепловым действием сканирующего зонда с поверхности материала испаряются атомы вещества. В качестве резиста, вещества, на котором планируется создать рисунок, выбран органический материал с водородными связями.
Водородные связи представляют собой специфический вид химической связи, Энергия КОТОРОЙ гораздо меньше энергии ковалентной связи, поэтому ОНА легко поддается разрушению. Энергия водородной связи составляет от 8 до 40 кДж/моль в зависимости от ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОГО элемента, СОЕДИНЕННОГО С АТОМОМ ВОДОРОДА.
Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) использует явление туннельного эффекта для получения изображения поверхности материала. Острие зонда в СЗМ находится достаточно близко к поверхности материала, это дает возможность манипулировать поверхностным слоем атомов резиста. За достаточно короткие промежутки времени взаимодействия зонда с резистом (порядка 5.5 мкс) разрушить прочные ковалентные связи не удается, а водородные легко поддаются разрыву.
На рисунке 1 представлено молекулярное строение используемого в качестве резиста материала. Принцип нанесения рельефа поверхности резиста показан на рисунке 2. Рисунок, который необходимо получить на поверхности, внесен в память компьютера, управляющего работой зонда. В состоянии покоя кантилевер находится на расстоянии 300 нм от поверхности. В рабочем положении на кантилевер подается напряжение накала Vh, а на образец материала резиста подается напряжение Vf, регулирующее силу взаимодействия кантилевера и обрабатываемого резиста. Глубина полученного пикселя зависит от температуры Theater острия кантилевера и силы взаимодействия (напряжений Vh и Vf). Фактической значение температуры резиста, а точнее разности температуры резиста и температуры комнатной, равно: Tresist-Troom=0.4…0.5*(Theater-Troom). На графике зависимости глубины полученного пикселя от температуры и силы существует экстремальная точка температуры 330 С. При температурах ниже этого значения кривые ведут себя как при горячем тиснении материала. При температурах выше 330 С, вещество разупрочняется и за короткое время взаимодействия (5.5 мкс) молекулы получают достаточно энергии для разрыва водородных связей, см. рисунок 3. Диффундируя в область острия с более высокой температурой, они «выводятся» в открытое пространство, при этом не задерживаясь в самом кантилевере.
На рисунке 4 показаны результаты работы. На образце из 3.6 × 104 пикселей, линейный размер которых 29 нм, сформировали эмблему компании IBM. Глубина линий составила 8+/-1нм. Глубина каждого пикселя одинакова, независимо от того, в каком месте образца он был сформирован, находились ли с ним рядом другие пиксели или нет. В процессе создания картинки изъяли 0.2 мкм3 объема материала, что в 1000 раз больше объема самого острия кантилевера. Тем не менее, на острие не было обнаружено атомов удаляемого материала. Процесс предполагает, что молекулы проходят без разрыва ковалентных связей и не вступая в реакцию, а значит, не загрязняя острие кантилевера.
