Soft lithographic methods for nano-fabrication

Abstract

Soft lithography is a low-cost, non-photolithographic strategy for carrying out micro- and nano-fabrication. This unconventional approach consists of techniques based on self-assembly and replica molding of organic molecules and polymeric materials. Four such techniques, microcontact printing (µCP), replica molding, micromolding in capillaries (MIMIC), and microtransfer molding (µTM), have been demonstrated for the fabrication of patterns and structures of a variety of materials with dimension ≥30 nm. This review describes these techniques and their applications in fabrication and manufacturing at the sub-100 nm scale.

References

1. F. Cerrina and C. Marrian, MRS Bull., Dec. 1996, 56.
2. L. Geppert, IEEE Spectrum, Apr. 1996, 33.
3. M. D. Levenson, Solid State Technology, Sep. 1995, 81.
4. M. D. Levenson, Phys. Today, July 1993, 28.
5. T. H. P. Chang, M. G. R. Thomson, M. L. Yu, E. Kratschmer, H. S. Kim, K. Y. Lee, S. A. Rishton and S. Zolgharnain, Microelectron. Eng., 1996, 32, 113.
6. S. Matsui and Y. Ochiai, Nanotechnology, 1996, 7, 247.
7. H. I. Smith, M. L. Schattenburg, S. D. Hector, J. Ferrera, E. E. Moon, I. Y. Yang and M. Burkhardt, Microelectron. Eng., 1996, 32, 143.
8. C. R. K. Marrian and E. S. Snow, Microelectron. Eng., 1996, 32, 173.
9. G. Krausch and J. Mlynek, Microelectron. Eng., 1996, 32, 219.
10. Y. Xia and G. M. Whitesides, J. Am. Chem. Soc., 1995, 117, 3274.
11. Y. Xia, D. Qin and G. M. Whitesides, Adv. Mater., 1996, 8, 1015.
12. Y. Xia, J. J. McClelland, R. Gupta, D. Qin, X.-M. Zhao, L. L. Sohn, R. J. Celotta and G. M. Whitesides, Adv. Mater., 1997, 9, 147.
13. Y. Xia, E. Kim, X.-M. Zhao, J. A. Rogers, M. Prentiss and G. M. Whitesides, Science, 1996, 273, 347.
14. Y. Xia, E. Kim and G. M. Whitesides, Chem. Mater., 1996, 8, 1558.
15. X.-M. Zhao, Y. Xia and G. M. Whitesides, Adv. Mater., 1996, 8, 837.
16. E. Delamarche, B. Michel, H. Biebuyck and C. Gerber, Adv. Mater., 1996, 8, 719.
17. L. H. Dubois and R. G. Nuzzo, Annu. Rev. Phys. Chem., 1992, 43, 437.
18. L. Strong and G. M. Whitesides, Langmuir, 1989, 4, 546.
19. N. Camillone III, C. E. D. Chidsey, G. -Y. Liu and G. Scoles, J. Chem. Phys., 1993, 98, 4234.
20. C. A. Alves, E. L. Smith and M. D. Porter, J. Am. Chem. Soc., 1992, 114, 1222.
21. N. L. Abbott, C. B. Gorman and G. M. Whitesides, Langmuir, 1995, 11, 16.
22. T. R. Lee, R. I. Carey, H. A. Biebuyck and G. M. Whitesides, Langmuir, 1994, 10, 741.
23. X.-M. Zhao, J. L. Wilbur and G. M. Whitesides, Langmuir, 1996, 12, 3257.
24. C. Schoenenberger, H. J. A. M. Sondag, J. Jorritsma and L. G. J. Fokkink, Langmuir, 1994, 10, 611.
25. J. A. M. Sondag-Huethorst, C. Schonenberger and L. G. J. Fokkink, J. Phys. Chem., 1994, 98, 6826.
26. A. Kumar, H. A. Biebuyck and G. M. Whitesides, Langmuir, 1994, 10, 1498.
27. J. L. Wilbur, E. Kim, Y. Xia and G. M. Whitesides, Adv. Mater., 1995, 7, 649.
28. Y. Xia and G. M. Whitesides, Adv. Mater., 1995, 7, 471.
29. Y. Xia, J. Tien, D. Qin and G. M. Whitesides, Langmuir, 1996, 12, 4038.
30. N. L. Abbott, J. P. Folkers and G. M. Whitesides, Science, 1992, 257, 1380.
31. N. L. Abbott, D. R. Rolison and G. M. Whitesides, Langmuir, 1994, 10, 2672.
32. G. P. Lopez, H. A. Biebuyck, R. Harter, A. Kumar and G. M. Whitesides, J. Am. Chem. Soc., 1993, 115, 10774.
33. K. K. Berggren, A. Bard, J. L. Wilbur, J. D. Gillaspy, A. G. Helg, J. J. McClelland, S. L. Rolston, W. D. Phillips, M. Prentiss and G. M. Whitesides, Science, 1995, 269, 1255.
34. K. K. Berggren, R. Younkin, E. Cheung, M. Prentiss, A. J. Black, G. M. Whitesides, D. C. Ralph, C. T. Black and M. Tinkham, Adv. Mater., 1997, 9, 52.
35. K. S. Johnson, K. K. Berggren, A. J. Black, C. T. Black, A. P. Chu, N. H. Dekker, D. C. Ralph, J. H. Thywissen, R. Younkin, M. Prentiss, M. Tinkham and G. M. Whitesides, Appl. Phys. Lett., 1996, 69, 2773.
36. M. J. Lercel, H. G. Craighead, A. N. Parikh, K. Seshadri and D. L. Allara, Appl. Phys. Lett., 1996, 68, 1504.
37. M. J. Lercel, G. F. Redinbo, M. Rooks, R. C. Tiberio, H. G. Craighead, C. W. Sheen and D. L. Allara, Microelectron. Eng., 1995, 27, 43.
38. J. A. M. Sondag-Huethorst, H. R. J. van Helleputte and L. G. Fokkink, Appl. Phys. Lett., 1994, 64, 285.
39. H. Biebuyck, N. B. Larsen, E. Delamarche and B. Michel, IBMJ. Res. Develop., 1996, in press.
40. F. K. Perkins, E. A. Dobisz, S. L. Brandow, J. M. Calvert, J. E. Kosakowski and C. R. K. Marrian, Appl. Phys. Lett., 1996, 68, 550.
41. J. K. Schoer, C. B. Ross, R. M. Crooks, T. S. Corbitt and S. M. J. Hampden, Langmuir, 1994, 10, 615.
42. M. J. Lercel, G. F. Redinbo, H. G. Craighead, C. W. Sheen and D. L. Allara, Appl. Phys. Lett., 1994, 65, 974.
43. J. M. Calvert, in Thin Films, ed. A. Ulman, Academic Press, Boston, 1995, vol. 20, p. 109.
44. J. Huang, D. A. Dahlgren and J. C. Hemminger, Langmuir, 1994, 10, 626.
45. M. J. Tarlov, D. R. F. Burgess Jr. and G. Gillen, J. Am. Chem. Soc., 1993, 115, 530.
46. K. C. Chan, T. Kim, J. K. Schoer and R. M. Crooks, J. Am. Chem. Soc., 1995, 117, 5875.
47. M. J. Kozal, N. Shah, N. Shen, R. Yang, R. Fucini, T. C. Merigan, D. D. Richman, D. Morris, E. Hubbell, M. Chee and T. R. Gingeras, Nat. Med., 1996, 2, 753.
48. A. C. Pease, D. Solas, E. J. Sullivan, M. T. Cronin, C. P. Holmes and S. P. A. Fodor, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1994, 91, 5022.
49. E. W. Wollman, C. D. Frisbie and M. S. Wrighton, Langmuir, 1993, 9, 1517.
50. D. J. Pritchard, H. Morgan and J. M. Cooper, Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 1995, 34, 91.
51. A. Kumar, N. L. Abbott, E. Kim, H. A. Biebuyck and G. M. Whitesides, Acc. Chem. Res., 1995, 28, 219.
52. Y. Xia, E. Kim and G. M. Whitesides, J. Electrochem. Soc., 1996, 143, 1070.
53. Y. Xia, E. Kim, M. Mrksich and G. M. Whitesides, Chem. Mater., 1996, 8, 601.
54. T. P. Moffat and H. Yang, J. Electrochem. Soc., 1995, 142, L220.
55. E. Kim, G. M. Whitesides, M. B. Freiler, M. Levy, J. L. Lin and R. M. Osgood Jr., Nanotechnology, 1996, 7, 266.
56. Y. Xia, M. Mrksich, E. Kim and G. M. Whitesides, J. Am. Chem. Soc., 1995, 117, 9576.
57. N. L. Jeon, R. G. Nuzzo, Y. Xia, M. Mrksich and G. M. Whitesides, Langmuir, 1995, 11, 3024.
58. N. L. Jeon, P. G. Clem, R. G. Nuzzo and D. A. Payne, J. Mater. Res., 1995, 10, 2996.
59. P. M. St. John and H. G. Craighead, Appl. Phys. Lett., 1996, 68, 1022.
60. D. Wang, S. G. Thomas, K. L. Wang, Y. Xia and G. M. Whitesides, Appl. Phys. Lett., 1997, 70, 1593.
61. Y. Xia, X.-M. Zhao and G. M. Whitesides, Microelectron. Eng., 1996, 32, 255.
62. Y. Xia, X.-M. Zhao, E. Kim and G. M. Whitesides, Chem. Mater., 1995, 7, 2332.
63. E. Kim, A. Kumar and G. M. Whitesides, J. Electrochem. Soc., 1995, 142, 628.
64. R. Singhvi, A. Kumar, G. P. Lopez, G. N. Stehanopoulos, D. I. C. Wang and G. M. Whitesides, Science, 1994, 264, 696.
65. M. Mrksich and G. M. Whitesides, Trends Biotechnol., 1995, 13, 228.
66. M. Mrksich, C. S. Chen, Y. Xia, L. E. Dike, D. E. Ingber and G. M. Whitesides, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1996, 93, 10775.
67. A. Kumar and G. M. Whitesides, Science, 1994, 263, 60.
68. E. Kim, G. M. Whitesides, L. K. Lee, S. P. Smith and M. Prentiss, Adv. Mater., 1996, 8, 139.
69. H. A. Biebuyck and G. M. Whitesides, Langmuir, 1994, 10, 2790.
70. Y. Xia and G. M. Whitesides, Adv. Mater., 1996, 8, 765.
71. M. K. Chaudhury and G. M. Whitesides, Science, 1992, 255, 1230.
72. G. S. Ferguson, M. K. Chaudhury, G. B. Sigal and G. M. Whitesides, Science, 1991, 253, 776.
73. J. L. Wilbur, H. A. Biebuyck, J. C. MacDonald and G. M. Whitesides, Langmuir, 1995, 11, 825.
74. K. L. Prime and G. M. Whitesides, Science, 1991, 252, 1164.
75. W. M. Morean, Semiconductor Lithography: Principles and Materials, Plenum, New York, 1988.
76. H. Rijsewijjk, P. E. J. Legierse and G. E. Thomas, Philips Tech. Rev., 1982, 40, 287.
77. M. C. Hutley, Diffraction Gratings, Academic Press, New York, 1982.
78. J. F. Dijksman, Philips Tech. Rev., 1989, 44, 212.
79. M. Emmelius, G. Pawlowski and H. W. Vollmann, Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 1989, 28, 1445.
80. C. M. Martin, Acc. Chem. Res., 1995, 28, 61.
81. P. Hoyer, N. Baba and H. Masuda, Appl. Phys. Lett., 1995, 66, 2700.
82. J. E. A. Shaw, Sens. Actuators A, 1993, 37/38, 74.
83. B. L. Ramos and S. J. Choquette, Anal. Chem., 1996, 68, 1245.
84. J. S. Winslow, IEEE Trans. Consumer Electronics, Nov. 1976, 318.
85. D. A. Kiewit, Rev. Sci. Instrum., 1973, 44, 1741.
86. E. Kim, Y. Xia and G. M. Whitesides, Nature (London), 1995, 376, 581.
87. E. Kim, Y. Xia and G. M. Whitesides, J. Am. Chem. Soc., 1996, 118, 5722.
88. E. Kim, Y. Xia, X. -M. Zhao and G. M. Whitesides, Adv. Mater., 1997, in press.
89. S. Y. Chou, P. R. Krauss and P. J. Renstrom, Appl. Phys. Lett., 1995, 67, 3114.
90. S. Y. Chou, P. R. Krauss and P. J. Renstrom, Science, 1996, 272, 85.
91. X. -M. Zhao, A. Stoddart, S. Smith, E. Kim, Y. Xia, M. Prentiss and G. M. Whitesides, Adv. Mater., 1996, 8, 420.
92. X. -M. Zhao, S. P. Smith, M. Prentiss and G. M. Whitesides, Conf. Lasers Electro-Optics, Baltimore, Maryland, 1997, in press.
93. X. -M. Zhao, S. P. Smith, S. J. Waldman, G. M. Whitesides and M. Prentiss, Appl. Phys. Lett., 1997, submitted.
94. O. J. A. Schueller, S. T. Brittain and G. M. Whitesides, Adv. Mater., 1997, in press.
95. O. J. A. Schueller, S. T. Brittain, C. Marzolin and G. M. Whitesides, Chem. Mater., 1997, in press.
96. G. M. Whitesides, Sci. Am., 1995, 273, 146.
97. E. Delamarche, H. Schmid, B. Michel and H. Biebuyck, Adv. Mater., 1997, in press.