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掃描探針微影術刷新線寬記錄

IBM科學家最近利用加熱的奈米級探針針尖,在有機光阻劑(organic resist)上製作出線寬僅15 nm的圖形。此線寬只有傳統微影束(如電子束微影術)所能製作的一半,因此未來可望用來製造奈米級的電子元件。

現行的電腦晶片及微電子元件的製作,都是透過光微影或電子束微影術在阻劑上定義圖案,然而這些技術要製作線寬小於30 nm的結構並不容易,原因是鄰近效應(proximity effect)作祟,即光束或電子束侵入鄰近的阻劑區域,導致曝光範圍比預期的圖形還大。

Armin Knoll以及他在IBM蘇黎世(Zurich)、阿曼登(Almaden)及約克鎮高地(Yorktown Heights)研究中心的同事發展出一種新的掃描式探針微影術(scanning probe lithography),利用加熱的探針針尖局部蒸發掉有機薄玻璃膜上的材料,製作出奈米圖案,再透過標準的奈米製造技術將圖案轉移至微奈米電子元件常用的矽基板上。

該研究團隊使用的探針針尖有500 nm長,尖端只有數奈米寬,與探針相連的懸臂以1 nm的精準度在基板表面上掃描。藉由加熱及施力,探針尖便能根據事先預定的圖案移除基板表面的材料。IBM團隊在這個驗證遠理(proof-of-principle)的實驗中採用有機玻璃為基板,因為這種材料的分子鍵很容易被加熱(300~500°)的針尖打斷。

這項新技術由於耗能較少,所以比電子束微影術便宜,而且體積也小得多。它不只能製作二維圖形,透過系列連續蝕刻還能製作三維圖案。為證明這一點,該團隊在玻璃上製作出縮小了50億倍、高僅25 nm的馬特洪峰模型。他們也能在數分鐘內製作出史上最小的三維世界地圖(將刊載於Advanced materials)。

該團體希望將這項技術商業化,讓學界研究人員能廣泛使用。他們也計畫改良此技術,以便能以更快的速度製作更小、更深的圖形。詳見近期的Science | DOI: 10.1126/science.1187851。


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