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我們知道半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展有一個很有名的“摩爾定律”，而保證半導(dǎo)體工業(yè)遵循“摩爾定律”發(fā)展的基石是光刻技術(shù)。光刻技術(shù)的發(fā)展始終有都有一個重要的目標(biāo)，就是追求小，從微米到百納米到1納米到如今的小于10nm，這都伴隨著光刻技術(shù)的改進(jìn)和半導(dǎo)體工藝的優(yōu)化。今天我們介紹的話題是針尖光刻技術(shù)，這不是一個很新的話題，但卻是默默發(fā)展的一種技術(shù)。

我們知道傳統(tǒng)的光刻是利用來實(shí)現(xiàn)圖案化的，提升光刻分辨率最直接的方法就是縮小光源的波長，從i-line、g-line到DUV，到如今的EUV，還有E-Beam等，但是現(xiàn)有的物理知識和技術(shù)告訴我們，獲得更短波長的光變得越來越難，我們必須另辟蹊徑，來在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破。這時候我們會想到AFM技術(shù)，因?yàn)樗梢詭臀覀儗?shí)現(xiàn)亞納米級別表征。所以，基于AFM技術(shù)的針尖光刻開始發(fā)展，以下我們介紹幾種針尖光刻技術(shù)（排名不分先后）：

蘸筆式納米光刻（dip-pen lithography）：

蘸筆式納米光刻（DPN）是基于掃描探針顯微鏡的納米加工技術(shù)，該技術(shù)是將軟物質(zhì)直寫與原子力顯微鏡（AFM）的高分辨率結(jié)合起來。 可用于以低于50 nm的分辨率在表面沉積分子和材料。該方法采用涂有基于分子或材料的“墨水”的原子力顯微鏡（AFM）探針“筆”，當(dāng)與表面接觸時，墨水會擴(kuò)散通過在環(huán)境條件下形成的水彎液面而沉積。尖端和基材（圖1）。在該技術(shù)的第一個演示中，將小的有機(jī)分子，例如鏈烷硫醇（十八烷硫醇（ODT）和巰基十六烷酸（MHA））寫到了金底物上。選擇這些分子是因?yàn)樗鼈兙哂行纬捎行蜃越M裝單分子層（SAM）的能力。自鏈烷硫醇對金表面沉積以來，DPN已用于通過控制各種實(shí)驗(yàn)參數(shù)（例如環(huán)境濕度，寫入速度和停留時間）在各種表面（包括金屬，半導(dǎo)體和絕緣體）上書寫或模板化許多不同類型的分子和材料。這些材料包括聚合物，膠體納米顆粒（例如磁性納米晶體，碳納米管），溶膠-凝膠前體，有機(jī)小分子，生物分子（蛋白質(zhì)和寡核苷酸），甚至單個病毒顆粒和細(xì)菌。 

圖1 （A）DPN通過掃描探針尖端和襯底表面之間形成的水彎月面進(jìn)行分子沉積的示意圖。(B)由DPN制作的具有納米分辨率的圖案AFM圖像。 

為了提高效率，多針尖陣列技術(shù)也在研發(fā)中心，當(dāng)然，該組還研究PPL、SPBCL、HSL等先進(jìn)光刻技術(shù)。

電子束針尖光刻技術(shù)（Nano analytik）

基于掃描探針低能電子場發(fā)射的原理、采用壓阻式微懸臂探針和多維納米定位與測量技術(shù)、在半導(dǎo)體器件材料表面制造尺寸小于3納米線寬結(jié)構(gòu)的高性能微納加工系統(tǒng)。可在大氣環(huán)境下，高經(jīng)濟(jì)效益、快速直寫5納米以下結(jié)構(gòu)和制備納米級器件。該系統(tǒng)的閉環(huán)回路可實(shí)現(xiàn)使用同一掃描探針對納米結(jié)構(gòu)的成像、定位、檢測和操縱。 該技術(shù)利用原子力顯微鏡針尖施加低能電場光刻的原理可以有效避免鄰近效應(yīng)對亞10nm以下結(jié)構(gòu)的影響。于此同時，由于本身就是一個標(biāo)準(zhǔn)的AFM，所以可以在曝光前后進(jìn)行表征和對準(zhǔn)，避免和傳統(tǒng)光刻在做大面積圖形時需要做mark和對準(zhǔn)步驟。

圖2  Nano analyti 針尖光刻原理

熱探針光刻（Nanofrazor）

基于熱掃描探針光刻技術(shù)(Thermal Scanning Probe Lithography )，其核心部件是一種可加熱的、非常尖銳的針尖，利用此針尖可以直接進(jìn)行復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)的刻寫并且同時探測刻寫所得結(jié)構(gòu)的形貌。加熱的針尖通過熱作用，直接揮發(fā)局部的抗刻蝕劑，從而實(shí)現(xiàn)對各類高分辨納米結(jié)構(gòu)的制備 。

圖3 閉環(huán)控制的熱探針光刻

FluidFM針尖光刻技術(shù)

FluidFM的核心技術(shù)是利用中空AFM針尖將AFM極高的X-Y-Z運(yùn)動精度與微流控技術(shù)的結(jié)合，利用FluidFM技術(shù)可以將液體（聚合物或者納米顆粒）高精度的分散在樣品表面獲得納米級圖形，在此技術(shù)基礎(chǔ)上，公司用過研發(fā)，結(jié)合恒電電位移設(shè)備，利用電化學(xué)原理可以直接獲得亞微米級金屬3D結(jié)構(gòu)（μAM技術(shù)），這也是當(dāng)前構(gòu)件亞微米精度3D金屬結(jié)構(gòu)最有效的手段之一。

圖4 FluidFM技術(shù)原理

圖5 利用μAM技術(shù)獲得的2D光刻和3D打印結(jié)果