Feldemissions-Rastersondenlithographie mittels Diamantspitzen zur Erzeugung von sub-10 nm Strukturen

Hofmann, Martin GND

Die Strukturerzeugung im Einzelnanometerbereich stellt einen der kritischsten technologischen Aspekte der Nanofabrikation dar. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit soll ein Fowler-Nordheim Feldemissionsprozess am Spitzenapex einer diamanthaltigen Rastersonde genutzt werden, um in Molekularglasresistsystemen lithographisch nutzbare Reaktionen auszulösen. Dabei bieten aktive Cantilever die Möglichkeit von Detektion und Lithographie mit der gleichen Rastersonde und vielversprechende Möglichkeiten für eine gezielte Strukturierung im Bereich weniger Nanometer. Gleichzeitig hängt die Herstellung von zukünftigen Quantenbauteilen zu einem größeren Teil von der Qualität der Musterübertragung in ein Siliziumsubstrat ab. Daher ist ein weiterer Bestandteil der vorliegenden Dissertationsschrift die Einführung und Charakterisierung eines reaktiven Ionenätzprozesses bei kryogenen Temperaturen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit erfolgt erstmalig die Strukturierung von Calixarenresist mittels Feldemissions-Rastersondenlithographie (FE-SPL) durch die Verwendung von Diamantspitzen. Dafür wurden zunächst aktive Cantilever mit diamantbeschichteten Siliziumspitzen und einkristallinen Diamantspitzen hergestellt. Es konnte gezeigt werden, dass (i) die Elektronenemissionsstabilität und (ii) die mechanische Stabilität dieser Materialien besser ist als die der standardmäßig genutzten Siliziumspitzen. Auch nach langer Nutzungsdauer einer einzelnen Diamantspitze ist die Strukturerzeugung im Bereich von sub-10nm möglich. Die Zukunftsfähigkeit dieser Materialien im Rahmen einer FE-SPL-Anwendung ist somit signifikant. In Verbindung mit einem reaktiven Ionenätzprozess bei kryogenen Temperaturen (cRIE) erfolgt zudem die Charakterisierung eines Ätzprotokolls für den erfolgreichen Musterübertrag im Bereich von sub-10nm. Weiterhin werden herausfordernde Aspekte bezüglich der Anwendbarkeit, des Durchsatzes und des Strukturübertrages untersucht und durch geeignete Techniken gelöst. Eine neuartige Kombination aus direktem Laserschreiben (DLW) und FE-SPL verbindet Strukturgrößen im Mikro- und Nanometerbereich durch eine sogenannte Mix & Match Lithographie. Eine maskenlose und gleichzeitig großflächige Strukturerzeugung ist möglich, woraus sich wiederum höhere Durchsätze ergeben. Die breit gefächerten Einsatzmöglichkeiten von FE-SPL werden im Abschluss der vorliegenden Arbeit durch die erfolgreiche Herstellung von Lift-Off-Strukturen unterstrichen. In Verbindung mit cRIE ist die Erzeugung von neuartigen und technisch vielversprechenden Bauelementen im Einzelnanometerbereich möglich.

Patterning at single digit nanoscale is the main bottleneck in the fabrication of next generation nanoelectronics. In this thesis a Fowler-Nordheim field emission process at the foremost front of a scanning proximal probe tip is utilized in order to apply spatially confined exposure on molecular type resist materials. In fact, the combination of active cantilevers provide the possibility of reading and writing with the same scanning offers a promising approach for single digit nanometer lithography. Furthermore, the generation of novel quantum devices is highly dependent on the quality of pattern transfer in silicon. Hence, an anisotropic plasmaetching process at cryogenic temperatures (cRIE) is an integral part of this thesis. For the first time a calixarene resist is patterned by field emission scanning probe lithography (FE-SPL) utilizing diamond tips. Therefore, diamond coated silicon tips and single crystalline diamond tips where generated on so-called active cantilevers. It can be shown, that electron emission and mechanical stability of this material is enhanced compared to standard silicon tips. The capability of pattern in the sub-10nm regime underlines the viability of those tips for FE-SPL applications. A successful pattern transfer into silicon with feature sizes down to the single digit nanometer could be shown by cRIE. Challenging aspects regarding usability, throughput and feature transfer are examined and solved by appropriate techniques. A novel combination of direct laser writing (DLW) and FE-SPL allows patterning of resist in micro- and nanometer range. Effective large scale feature generation, thus higher throughput is possible by the so-called mix & match lithography. This thesis closes with the successful production of 60nm broad chromium lines with a distance to each other of 15nm. Thus, the combination of FE-SPL and cRIE is a viable strategy in order to manufacture novel and technological promising nanoscaled devices.

Cite

Citation style:
Could not load citation form.

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved

Export