[发明专利]用于在材料表面上构图分子的纳米级图案的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于构图材料表面的基于探针的方法(诸如扫描探针光刻术(下文称作SPL))的领域。具体地，实施方式涉及在材料表面上的高分辨率分子构图，诸如具有30纳米(nm)以下的特征尺寸的纳米级图案。

背景技术

光刻术是一种用于在材料层(举例而言，诸如涂覆在半导体器件上的抗蚀剂)内产生包括诸如线条和像素之类的绘图图元在内的二维形状图案的工艺。随着特征尺寸的减小(例如减至65nm之下)，常规光刻术(也叫做光学光刻术)遇到问题。这些问题起因于诸如短波长光源、光酸迁移、光刻胶倒塌、针对短波长光的透镜系统质量和掩模成本之类的根本性问题。为了克服这些问题，要求替代的方法。

在所谓纳米光刻术(其可视为分子的高分辨率构图)领域中已知这种替代方法的示例。纳米光刻指的是纳米级结构的制造技术，纳米级结构包括有一个维度尺寸可达大约100nm的图案(因此部分与光刻术重叠)。在常规光刻术之外，纳米光刻术进一步包括诸如带电离子(离子束或电子束)光刻技术、纳米压印光刻术及其变型以及(用于在深纳米尺度上进行构图的)SPL之类的技术。SPL例如在由Nyffenegger等人发表于1997年第97卷的Chemical Reviews 上的“Nanometer-scale Surface Modification Using the Scanning Probe Microscope：Progress since 1991”以及其中引用的参考文献中详细有述。

一般而言，SPL用来描述在其中探针尖端跨表面移动以形成图案的光刻方法。换言之，扫描探针光刻术利用扫描探针显微(SPM)技术，其依赖于扫描隧道显微镜的可用性。简而言之，其旨在使用物理探针来形成样本表面的图像。SPM技术依赖于在样本表面正上方扫描这种探针(例如锋利的尖端)，并于此同时监控探针与表面之间的相互作用。由此可以获得样本表面的图像。通常，进行对样本的光栅扫描并且将探针-表面的相互作用记录为位置的函数。因此，数据通常作为数据点的二维网格而被获得。

所达到的分辨率随基础技术而变；在某些情况下可以达到原子级分辨率。可以利用压电致动器来在高达比原子尺度更优的任何期望长度尺度上精准地执行移动。两种主要类型的SPM是扫描隧道显微术(STM)和原子力显微术(AFM)。

具体地，AFM是在其中由探针或者安装在悬臂上的探针改变或者感测样本形貌的设备。在样本被扫描时，探针与样本表面的相互作用引起悬臂的枢轴偏转。因此，可以通过检测探针的这种偏转来确定样本的形貌。此外，通过控制悬臂的偏转和探针的物理特性，可以修改表面形貌以在样本上产生图案。

按照这个想法，在SPL设备中，将探针跨光刻胶表面进行光栅扫描并且使探针与抗蚀剂材料局部地相互作用。通过这种相互作用移除或者改变抗蚀剂材料。在这个方面，可以作出以下区分：构建性探针光刻，其中通过向表面转移化学物质来进行构图；以及破坏性探针光刻，其包括通过提供能量(机械能、热能、光子能、离子能、电能或者X射线能)来物理地或者化学地使衬底的表面变形。SPL因此是用于纳米光刻的合适技术。

分子的高分辨率构图相关于若干技术领域，诸如对光学光刻术的替代、用于快速原型构造的构图、表面的直接功能化、用于光学和压印光刻术的掩模制造以及数据存储。

具体地，光刻术可以用于微电子器件的制造。在这种情况中，最经常使用的是电子束(或者e-beam)和基于探针的光刻术。

当今e-beam是用于高分辨率掩模和纳米压印母版制造的标准技术。然而，当逼近高分辨率时，e-beam掩模/母版制造的刻写时间会不利地增加。

作为可能的备选，对用于这样的构图的探针的使用仍然在开发中。在高分辨率(＜30nm)下，单个e-beam与单个探针构建的速度趋同(converge)。

在数据存储情况中，已经提出了各种方法来针对存档领域中的存储而利用探针。然而，主要的挑战仍然是获得长期的位保留。使用热机械刻痕例如允许获得满意的耐久度和数据保留。然而，热机械方法产生的刻痕固有地处于机械应力下。因此，很难获得超过10年(如通常在存档领域中所期望的)的保留时间。

发明内容

在一个实施方式中，描述了用于对材料表面进行构图的基于探针的方法。该方法包括提供具有聚合物膜的材料，该聚合物膜具有经由分子间主要为非共价的键交联的分子网络。该方法还包括通过利用加热的、纳米级尺寸的探针从网络解吸分子来对聚合物膜进行构图。