针尖光刻技术

我们知道半导体工业的发展有一个很有名的“摩尔定律”,而保证半导体工业遵循“摩尔定律”发展的基石是光刻技术。光刻技术的发展始终有都有一个重要的目标,就是追求小,从微米到百纳米到1纳米到如今的小于10nm,这都伴随着光刻技术的改进和半导体工艺的优化。今天我们介绍的话题是针尖光刻技术,这不是一个很新的话题,但却是默默发展的一种技术。

我们知道传统的光刻是利用来实现图案化的,提升光刻分辨率最直接的方法就是缩小光源的波长,从i-line、g-line到DUV,到如今的EUV,还有E-Beam等,但是现有的物理知识和技术告诉我们,获得更短波长的光变得越来越难,我们必须另辟蹊径,来在技术上实现突破。这时候我们会想到AFM技术,因为它可以帮我们实现亚纳米级别表征。所以,基于AFM技术的针尖光刻开始发展,以下我们介绍几种针尖光刻技术(排名不分先后):

蘸笔式纳米光刻(dip-pen lithography):

蘸笔式纳米光刻(DPN)是基于扫描探针显微镜的纳米加工技术,该技术是将软物质直写与原子力显微镜(AFM)的高分辨率结合起来。 可用于以低于50 nm的分辨率在表面沉积分子和材料。该方法采用涂有基于分子或材料的“墨水”的原子力显微镜(AFM)探针“笔”,当与表面接触时,墨水会扩散通过在环境条件下形成的水弯液面而沉积。尖端和基材(图1)。在该技术的第一个演示中,将小的有机分子,例如链烷硫醇(十八烷硫醇(ODT)和巯基十六烷酸(MHA))写到了金底物上。选择这些分子是因为它们具有形成有序自组装单分子层(SAM)的能力。自链烷硫醇对金表面沉积以来,DPN已用于通过控制各种实验参数(例如环境湿度,写入速度和停留时间)在各种表面(包括金属,半导体和绝缘体)上书写或模板化许多不同类型的分子和材料。这些材料包括聚合物,胶体纳米颗粒(例如磁性纳米晶体,碳纳米管),溶胶-凝胶前体,有机小分子,生物分子(蛋白质和寡核苷酸),甚至单个病毒颗粒和细菌。

图1 (A)DPN通过扫描探针尖端和衬底表面之间形成的水弯月面进行分子沉积的示意图。(B)由DPN制作的具有纳米分辨率的图案AFM图像。

为了提高效率,多针尖阵列技术也在研发中心,当然,该组还研究PPL、SPBCL、HSL等先进光刻技术。更多信息,请访问:DPN Subgroup 获取更多信息!

电子束针尖光刻技术(Nano analytik

基于扫描探针低能电子场发射的原理、采用压阻式微悬臂探针和多维纳米定位与测量技术、在半导体器件材料表面制造尺寸小于3纳米线宽结构的高性能微纳加工系统。可在大气环境下,高经济效益、快速直写5纳米以下结构和制备纳米级器件。该系统的闭环回路可实现使用同一扫描探针对纳米结构的成像、定位、检测和操纵。 该技术利用原子力显微镜针尖施加低能电场光刻的原理可以有效避免邻近效应对亚10nm以下结构的影响。于此同时,由于本身就是一个标准的AFM,所以可以在曝光前后进行表征和对准,避免和传统光刻在做大面积图形时需要做mark和对准步骤。

图2 Nano analyti 针尖光刻原理

热探针光刻(Nanofrazor

基于热扫描探针光刻技术(Thermal Scanning Probe Lithography ),其核心部件是一种可加热的、非常尖锐的针尖,利用此针尖可以直接进行复杂纳米结构的刻写并且同时探测刻写所得结构的形貌。加热的针尖通过热作用,直接挥发局部的抗刻蚀剂,从而实现对各类高分辨纳米结构的制备 。

图3 闭环控制的热探针光刻

FluidFM针尖光刻技术

FluidFM的核心技术是利用中空AFM针尖将AFM极高的X-Y-Z运动精度与微流控技术的结合,利用FluidFM技术可以将液体(聚合物或者纳米颗粒)高精度的分散在样品表面获得纳米级图形,在此技术基础上,公司用过研发,结合恒电电位移设备,利用电化学原理可以直接获得亚微米级金属3D结构(μAM技术),这也是当前构件亚微米精度3D金属结构最有效的手段之一。

图4 FluidFM技术原理
图5 利用μAM技术获得的2D光刻和3D打印结果

关于针尖光刻,还有很多新颖的技术手段有待于我们去探究,这里总结如有不全面之处,还请谅解,如果您有了解其他新颖的针尖光刻手段,请及时联系我们更新网站内容。谢谢! 了解更多光刻及光刻胶知识库,欢迎关注Litho+wiki,获取更多信息……

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