Nanoscale Three-Dimensional Patterning of Molecular Resists by Scanning Probes

1 Materials and Methods

1. Material details

Особенности материала

The organic molecular glass molecules were synthesized in house following the recipe formu­lated in (S1). Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy showed that the material was pure to within a few percent. The glass transition of T_g = 126°C was measured by differential scanning calorimetry (DSC). We note that the molecular glass layer has exceptional stability against dewetting on native silicon and silicon oxide surfaces even at very low film thicknesses and temperatures substantially above its glass transition temperature. A « 10 nm thick film deposited on a silicon oxide surface will not dewet even if heated up to 140°C, substantially above the glass transition temperature ofthe material.

Органические стекловидные молекулы были получены следующим методом описанным на рис.1.. ЯМР спектроскопия показала что материал был является чистым в пределах нескольких процентов. Дифференциальной сканирующей калориметрией измерили температуру стеклования. Отмечается что слой молекулярного стекла имеет исключительную устойчивость к осушке на подложках из чистого кремния и его оксида даже при очень маленькой толщине и температурах существенно выше его собсвенной температуры стеклования. Слой порядка 10 нм сформированный на подложце оксида кремния не аморфизуется даже если его нагреть до 140, что существенно выше температуры стеклования материала.

1.2 Deposition detail

Особенности осаждения материала

The poly(styrene-r-benzocyclobutene) (PS-BCB) (S2) layer was deposited from 5% weight so­lutions in cyclohexanone by sping coating into « 100 nm thick films. Subsequent curing was done at 200°C for 1 h in nitrogen atmosphere to remove the solvent and induce cross-linkage. The choice of material for this transfer layer was motivated by our extensive experience with this material in the context of data storage. However, other organic layers can be substituted, for example SU8 has been used with similar results. The silicon oxide (SiO₂) layer was de­posited by sputtering. The molecular glass layers were deposited by spin-coating; however, also physical vapor deposition can be used. Solutions of molecular glass in propylene-glycol-monomethyl-ether-acetate (PGMEA) were prepared using concentrations ranging from 1.5% to 5% in weight. Thin films were prepared by spin-coating the solutions at rotational speeds of 2000-3000 rpm, resulting in a film thickness of 15 to 100 nm. After film deposition, the films were annealed at 130°C for 1 min to remove any residual solvent.

Слой полистирена-бензоциклобутана был отложен из 5% весового раствора в циклогексагоне спин осаждением в 100нм толстую плёнку. Последующая термообработка проводилась при 200 в течение 1 часа в атмосфере азота для удаления растворителя и формирования перекрёстных связей. Выбор материала для этого проводящщего слоя был мотивирован наш большым опытом работы с этим материалом в области хранения данных. Однако можно заменить другими органичскими слоями, например SU8 использовался и давал аналогичные результаты. Слой оксида кремния формировался методом распыления. Аморфные слои формировались методом спин-покрытия, однако также может использоваться метод физического осаждения из газовой фазы. Растворы молекулярного стекла в пропилен-гликоле-мономентил-етер-ацетате готовились в весовых концентрациях варьирующихся от 1.5% до 5%. Тонкие плёнки получали методом вращательного покрытия из растворов при скорости вращения 2000-3000 оборотов в минуту в результате чего получалась 15нм-100нм толщина плёнки. После осаждения, плёнку отжигали при 130 в теч 1 мин для удаления остатков растворителя.