Fabricación de microestructuras y nanoestructuras utilizando resistencia al grabado.

Un método de formación de nanoestructuras o microestructuras que comprende las etapas de:

modelación de una superficie de un sustrato con una composición de modelación que comprende un compuesto oligomérico o polimérico para proveer un sustrato expuesto, en el que la composición oligomérica o polimérica comprende un heteroátomo en la cadena principal, la composición de modelado está fisisorbida a la superficie del sustrato, y modelar una superficie del sustrato que comprende la transferencia de la composición de modelado desde una punta nanoscópica hasta la superficie del sustrato; y

grabar el sustrato expuesto sobre la superficie moldeada para formar las nanoestructuras o microestructuras.

Fabricación de microestructuras y nanoestructuras utilizando resistencia al grabado.

Solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica el beneficio de prioridad para la solicitud provisional con seriales Nos. 60/875.447 presentada el 18 de diciembre de 2006 y 60/886.839 presentada el 26 de enero de 2007.

Declaración relacionada con la investigación o el desarrollo patrocinados por el gobierno federal

Estas investigaciones se desarrollaron en parte con el patrocinio de la Oficina de Investigaciones del Ejercito (ARO por sus siglas en inglés) bajo el contrato No. 28065-3-A2//W91 1NF-04-1-07 1 y del Instituto Nacional de Salud (NIH) bajo el contrato No. DPI OD 000285-02. El gobierno de los Estados Unidos tiene ciertos derechos en las invenciones.

Antecedentes

Alquil tioles y dendrímeros han sido utilizados como moléculas para resistir al grabado químico en húmedo para generar arquitecturas arbitrarias con tamaños de los caracteres que varían desde tamaños inferiores a 100 nm hasta varios micrómetros. Véase, por ejemplo, Geissler et al., Adv. Mater. 2004, 16, 1249, Perl et al., Langmuir 2006, 22, 7568; Rolandi et al., Nano Lett. 20044, 889; Zhang, et al., Nano Lett. 2003, 3, 43, y Ducker et al., J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 392.

Un principio básico detrás de este método es el de crear primero una monocapa moldeado de una molécula de alquil tiol sobre sustratos de interés y a continuación exponer dicho sustrato a una solución de grabado. El grabado puede lograrse ya sea por métodos electroquímicos, o por medio de grabado con base en tiourea y nitrato de hierro, mediante el cual podrían generarse diferentes tipos de nanoestructuras positivas. Alternativamente, se puede moldear primero una molécula con base en tiol sobre un sustrato metálico (que será removido posteriormente como una molécula de sacrificio) y el área que no ha sido moldeada se rellena nuevamente con tioles alquílicos. El nuevo relleno con alquil tioles actúa como resistencia al grabado debido a su hidrofobicidad después que la primera monocapa modelada es removida por desorción electroquímica. Este nuevo relleno con moléculas de alquil tiol protegerá el área cubierta de la acción de grabado por la solución de grabado de base acuosa, que genera las nanoestructuras grabadas negativamente.

Mediante el uso de impresión por nanolitografía de pluma de inmersión (dip-pen) (DPN) , se puede minimizar el tamaño de las nanoestructuras en el rango de 100 nm, y la zona moldeada puede ser tan grande como un centímetro cuadrado, mientras se mantiene la resolución por debajo de 100 nm de las nanoestructuras individuales. Véase, por ejemplo, Zhang, et al., Nano Lett. 2002, 2, 1389; Salaita et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 7220; Salaita et al., 2005 Small, 1, 940; Salaita et al., Nano Lett. 2006, 6, 2493.

En algunos casos, este método puede implicar interacciones químicas fuertes entre el grupo tiol y los sustratos de metal noble. Sin embargo, en general, pueden haber dos desventajas con este método. Una primera es que a pesar de que se generan las arquitecturas metálicas grabadas positivamente, los patrones están todavía cubiertos por moléculas de alquil tiol, lo que puede afectar negativamente otros estudios de estas nanoestructuras. Los ejemplos de tales estudios incluyen resonancia de plasma y una mejor caracterización de la superficie por Raman. Este enlace químico alquil tiol-Au puede romperse mediante la exposición de la muestra a la luz UV. Sin embargo, esto creará un paso experimental adicional. En el caso de grabado negativo, se utiliza típicamente electroquímica con el fin de desorber la primera monocapa modelada de tiol de sacrificio, que también afectará la densidad de las monocapas de alquil tiol rellenadas nuevamente, ya que los potenciales de desorción para estas dos moléculas de tiol están muy cercanos. Esta etapa afecta negativamente la monocapa de tiol que se utilizó como resistencia, a menos que se emplee un instrumento electroquímico especial para desorber las moléculas de tiol de sacrificio.

La patente de los EE.UU. No. 6.040.002 (Noguchi et al.) describe una composición que resiste el grabado con un compuesto polimérico que tiene propiedades de resistencia al grabado sin ningún compuesto tiol, en donde dicho compuesto polimérico se selecciona del grupo que consiste de polímeros solubles en álcali de poliéter, poliéster, o poliuretano, compuestos maléicos de adición ácida de colofonía o derivados de colofonía, y polisacáridos que contienen un grupo carboxílico. WO 2006/031079 (Kim et al.) divulga una composición de tinta para una resistencia al grabado que comprende un polímero acuoso o una emulsión polimérica y agua, en el que el polímero acuoso es un polímero (meta) acrílico multifuncional o polímero (met) acrílico de uretano con 3 - 30 grupos etoxi o propoxi. Sin embargo, en ambos métodos la composición de resistencia al grabado se imparte con respecto al patrón a la superficie del sustrato por medio de impresión por chorro de tinta y por lo tanto, los métodos respectivo no son adecuados para la fabricación de microestructuras y nanoestructuras cuando se utiliza una resistencia al grabado.

Un método diferente que no involucra ningún tiol ni ninguna impresora de inyección de tinta es divulgado en US 2003/0152703 A1 (Hammond et al.) . En dicho método, se moldean estructuras compuestas sobre una superficie a través del depósito capa por capa de películas delgadas, en donde dicho patrón se forma como un estampado de una capa de polímero sobre otra, que involucra la transferencia de copolímeros alternantes de anhídrido maleico y metacrilatos con la función polietilén glicol a una superficie funcional amino de un polielectrolito de múltiples capas. Por lo tanto, este método no es adecuado para proporcionar una resistencia al grabado para la fabricación de micro

o nanoestructuras.

Un método interesante efectivo y directo para la fabricación de matrices de a todo color con base en un proceso de impresión de microcontacto es divulgado en US 2007/0237889 A1 (Cheng et al.) . La clave del proceso recae en un proceso de impresión de microcontacto basado en fisisorción que permite controlar el espesor de las películas impresas. Sin embargo, este documento no divulga ningún proceso para un moldeado basado en fisisorción de una superficie que puede servir como resistencia al grabado en la fabricación de micro o nanoestructuras.

Existe la necesidad de mejores procesos de resistencia, más versátiles y convenientes para nanolitografía y microlitografía.

Resumen

Se describen aquí, entre otras cosas, métodos de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.

En particular, el material puede ser transferido desde puntas nanoscópicas a un sustrato por métodos de escritura directa.

También en particular, la composición de moldeado puede incluir compuestos oligoméricos o poliméricos tales como el polietilén glicol (PEG) , óxido de polietileno y similares.

Las ventajas incluyen, al menos para algunas realizaciones, excelente versatilidad y control. Para el grabado positivo, no es necesaria la pasivación. Para el grabado negativo, los patrones pueden ser fácilmente removidos. Para ambos tipos, no se requieren instalaciones electroquímicas complicadas, electroquímica, o electrodos y el grabado es fácil de operar.

En algunas realizaciones, se ha descubierto que se puede utilizar PEG como un novedoso y extremadamente útil material con resistencia para generar tanto estructuras positivas como negativas en el contexto de la DPN. En algunas realizaciones, la resistencia de PEG, cuando se combina con el grabado químico en húmedo, permite generar nanoestructuras de estado sólido en una forma que supera algunas de las limitaciones de los métodos de grabado basados en alcanotiol. Específicamente, en algunos realizaciones, el enfoque basado en polímero sólo requiere de una simple etapa de lavado para desorber los materiales de una superficie de sustrato y, en principio, puede ser utilizado con muchos tipos de sustratos subyacentes (no hay ningún requisito de quimisorción) . Además, en algunas realizaciones, la capacidad de generar una capa gruesa de polímero y la eliminación de la etapa de desorción electroquímica asociada SAM, da como resultado un menor picado de la superficie debido a agujeros. Finalmente, en algunas realizaciones, el proceso trabaja con disposiciones de plumas en paralelo que... [Seguir leyendo]

1. Un método de formación de nanoestructuras o microestructuras que comprende las etapas de:

modelación de una superficie de un sustrato con una composición de modelación que comprende un compuesto oligomérico o polimérico para proveer un sustrato expuesto, en el que la composición oligomérica o polimérica comprende un heteroátomo en la cadena principal, la composición de modelado está fisisorbida a la superficie del sustrato, y modelar una superficie del sustrato que comprende la transferencia de la composición de modelado desde una punta nanoscópica hasta la superficie del sustrato; y

grabar el sustrato expuesto sobre la superficie moldeada para formar las nanoestructuras o microestructuras.

2. Un método de formación de nanoestructuras o microestructuras que comprende las etapas de:

modelación de una superficie de un sustrato con una composición de modelación que comprende un compuesto oligomérico o polimérico, en el que el compuesto oligomérico o polimérico comprende un heteroátomo en la cadena principal, la composición de modelado está fisisorbida a la superficie del sustrato, y modelar una superficie del sustrato que comprende la transferencia de la composición de modelado desde una punta nanoscópica hasta la superficie del sustrato;

recubrir la región no moldeada de la superficie del sustrato con un compuesto de pasivación;

remover el compuesto de modelación para proveer un sustrato expuesto; y

grabar el substrato expuesto para formar nanoestructuras o microestructuras.

3. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que el compuesto oligomérico o polimérico de la composición de modelado es soluble en agua.

4. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el compuesto oligomérico o polimérico de la composición de moldeado es soluble en al menos un solvente orgánico.

5. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que el compuesto oligomérico o polimérico comprende un átomo de oxígeno como heteroátomo en la cadena principal.

6. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que el compuesto oligomérico o polimérico comprende un átomo de nitrógeno como heteroátomo en la cadena principal.

7. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que el compuesto oligomérico o polimérico comprende un poliéter.

8. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que el compuesto oligomérico o polimérico comprende un óxido de polialquileno o un polialquilén glicol.

9. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que la composición de moldeado comprende polietilén glicol (PEG) u óxido de polietileno (PEO) .

10. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que la composición de moldeado comprende polipropilén glicol.

11. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que el compuesto oligomérico o polimérico tiene un punto de fusión por debajo de 60° C.

12. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que la punta es una punta de un microscopio de sonda de barrido, o en el que la punta es una punta de un microscopio de fuerza atómica, o en el que la punta es una punta hueca, o en el que la punta es una punta no hueca.

13. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que la modelación de una superficie de un sustrato se lleva a cabo con una humedad relativa de al menos aproximadamente 40%.

14. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que la superficie del sustrato es una superficie de sustrato semiconductora o metálica.

15. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que la superficie del sustrato comprende al menos porciones conductoras y porciones aislantes.