Nanovorm-opdruklithografie met behulp van moleculaire dynamica van polymeervernetting

Nanoschaaltoepassingen in energie, optica en geneeskunde hebben de prestaties verbeterd met nanovormige structuren. Dergelijke architecturen kunnen met een hoge doorvoersnelheid worden vervaardigd die verder gaan dan de mogelijkheden van geavanceerde optische lithografie. In een nieuw rapport over Microsystemen en nano-engineering, Anushman Cherala en een onderzoeksteam aan de Universiteit van Texas in Austin Texas, VS, gingen verder nanoimprint lithografie en breidde het vorige simulatiekader uit om vormbehoud te verbeteren door de resistformule te variëren en nieuwe brugstructuren te introduceren tijdens het inprenten van nanovormen. De simulatiestudie toonde haalbare benaderingen voor nanovormige imprinting met een goede vormbehoud, gekoppeld aan experimentele gegevens.

Een diamantachtige nanovorm gebruiken om een ​​half-pitch Dynamic Random-Access Memory (DRAM) -knooppunt te vormen en de crosslinking in nanovormige structuren begrijpen

In dit werk ontwikkelde het onderzoeksteam een ​​atomistisch model om de vormbehoud van resistformuleringen die worden gebruikt voor nanofabricagetechnieken te bestuderen. Toepassingen in energieopslag, fotonica op nanoschaal, multibit magnetisch geheugen en bionanodeeltjes vereisen high-throughput patroonvorming en complexe vormcontrole op nanoschaal. Optische lithografie is een belangrijke nanofabricagetechniek, waarbij patronen met een hogere resolutie en een groot oppervlak kunnen worden gevormd door fotolithografie aan te vullen met zelf-uitgelijnde dubbele patroontechnieken naast meerdere lithografie-etsstappen. Imprinting lithografie inclusief jet- en flash-opdruklithografie kan patroonvorming op grote oppervlakken mogelijk maken met een halve steek van minder dan een nanometer met de mogelijkheid om lithografische structuren van patronen te voorzien, waaronder halfgeleiderapparaten en harde schijven​ Verknoopte resistmaterialen kunnen in dergelijke technieken onder ultraviolette (UV) straling worden gebruikt. Met behulp van simulaties van resistrelaxatie na UV-crosslinking en sjabloonscheiding, identificeerden materiaalwetenschappers resist-eigenschappen op nanoschaal als een beperking voor vormbehoud.

Wetenschappers kunnen een verscheidenheid aan technieken gebruiken om de vormbehoud in nanostructuren te verbeteren, waaronder etscompensatie en de toevoeging van subresolutiefuncties. Om hoekgedrag van nanovormige structuren te onderzoeken, hebben Cherala et al. daarom vijf unieke 20-nm diamantstructuren voorbereid. De constructies vertegenwoordigden een halve toonhoogte dynamisch willekeurig toegankelijk geheugen (DRAM) ontwerp van diepe sleufcondensatoren. De kwaliteit van de resist-crosslinking beïnvloedde de materiële modulus en kracht in de resist over de nanovorm. Het team gebruikte moleculaire dynamica om de kwaliteit en uniformiteit van verknoping te schatten als functie van de vorm en grootte van het kenmerk. Vervolgens berekenden ze het verknopingspercentage op basis van het aantal koolstofatomen met nieuw gevormde enkelvoudige bindingen na verknoping. Naarmate de grootte van de nanovorm afnam, verslechterde de kwaliteit van de crosslinking en bereikte deze niet de waarde van de bulk crosslinking.

Bindingsefficiëntie ten opzichte van de nanovormstructuur en het computationele ontwerp van resist voor nanovormstructuren

Crosslinking was sterk afhankelijk van de locatie binnen de nanovorm van interesse. Met behulp van de diamantstructuur, Cherala et al. vertoonde vergelijkbare niveaus van verknoping als die van de bulk met sterk afgebroken hoeken. Op basis van de informatie over dit verknopingspercentage voorspelde het team vormen die moeilijk te realiseren zijn. Vervolgens bestudeerden ze de samenstelling van de afdrukresist en gebruikten een moleculair dynamisch (MD) raamwerk om de formulering van de resists zelf te begrijpen. De resistformulering bestond uit drie acrylaatmonomeermoleculen waaronder hexylacrylaat​ isobornylacrylaat, en ethyleenglycoldiacrylaat als de crosslinker. Het team constateerde een correlatie tussen het aandeel van de crosslinker in de resist en het percentage crosslinking. Hogere hoeveelheden crosslinkers in de opstelling leidden tot snellere crosslinking, het proces zou ook het percentage crosslinking kunnen verminderen. De ontwerptool voor moleculaire dynamica die in dit werk werd gebruikt, maakte de effectieve studie van crosslinkers mogelijk bij het vormen van kruisvormige en diamantvormige nanovormige structuren. Het team koos voor de cross-nanovorm-maat en twee resistformuleringen met 10 procent en 40 procent crosslinkers. Vervolgens simuleerden ze verknoping met elke nieuwe resistformulering om de effecten op het verknopingspercentage te analyseren. Verhoogde dichtheid van verknopingsmiddel maakte een verbeterde hechtingsefficiëntie mogelijk. Deze methode kan worden herhaald voor elke nieuwe overweging van het nanovormontwerp om nanovormen te behouden.

Vormbehoud verbeteren door middel van opofferingsstructuren en het effect van resterende laagdiktes

Bij het ontwikkelen van een scherpe hoek op nanoschaal tijdens diamantfabricage, hebben onderzoekers vaak gebruikt op reactieve ionen-etsen gebaseerd ontwerp voor behoud van nanovorm. Met behulp van opofferingsbrugstructuren, Cherala et al. liet zien hoe de bestaande inefficiëntie van de hechting in de opstelling kon worden overwonnen. Op deze manier introduceerden Anushman Cherala en collega’s verbeteringen in de geometrie van nanostructuren met patronen met behulp van opofferingsstructuren en verbeterde resistformuleringen voor verbeterde vormbehoud. Ze voerden moleculaire dynamica-onderzoeken uit van crosslinking in nanovormen als een functie van grootte en vorm om aan te geven hoe de mate van crosslinking afnam tot onder een specifieke drempelwaarde. Wanneer het verknopingspercentage bijvoorbeeld specifiek lager was nabij de randen van nanovormen, gebruikten ze opofferingsbruggen om de vormbehoud verder te verbeteren. Op deze manier biedt dit werk inzicht in het afdrukken van nanovormen over sub-nanoschaal half-pitch structuren.