Нанолитография

Передовая векторная нанолитография с системой сканирования по замкнутому контуру

Обычно АСМ используется для получения изображения поверхности образца без ее разрушения. Но АСМ можно также применить для точной обработки поверхности воздействием механического усилия и мощных импульсов. Не только в научной литературе, но и в журналах и газетах рассматриваются вопросы обработки поверхности на атомарном уровне. Данная методология получила название нанолитографии.

Нанолитография на поверхности образца выполняется двумя методами, как показано на рисунке 1. Первый метод представляет собой нанесение рисок на поверхности образца с помощью твердых наконечников, то есть путем механической деформации поверхности. Второй метод заключается в применении электрического напряжения между иглой и поверхностью образца, что приводит к изменению химических свойств поверхности. Литографические образцы можно создавать с применением разных схем: точечные или решетки. Растровая нанолитография имеет наиболее широкое распространение при сканировании всего изображения.

Рисунок 1. Образец создан рассечением поверхности с помощью наконечника (a) и изменением химических свойств поверхности с помощью электрического напряжения (b).

Векторная нанолитография представляет собой передовую систему обработки с замкнутым контуром

С появлением в нанолитографии система контроля с замкнутым контуром приобрела особое значение. Можно сказать без преувеличения, что надежность и эффективность нанолитографии зависит от этой системы. С передовой высокотехнологичной системой замкнутого контура в серии XE АСМ стало возможной реализация векторной нанолитографии.

В серии XE АСМ чувствительный фотодетектор PSPD для латерального сканера XY выполняет роль датчика замкнутого контура и PSPD управляет перемещением XY-сканера и контролирует его в режиме реального времени. Это позволяет осуществлять векторное перемещение кантилевера в плоскости XY. Другими словами, растеризация – это общий метод, который применяется в нанолитографии другими системами АСМ, он не требуется серии XE АСМ, даже при его наличии. Векторная нанолитография – это превосходная реализация характеристик в системе с замкнутым контуром.

На рисунке 2 представлены передовые возможности векторной нанолитографии. Реальное изображение на рисунке 2 (b) выполнено в форме двух окружностей и двух линий, оформлено в векторной форме, как показано на рисунке 2 (a). Ширина линий зависит от нескольких факторов, в том числе электрического напряжения и/или влажности атмосферного воздуха во время сканирования. Следует обратить внимание на отсутствие искажений изображения при условии, что линии нарисованы в векторной форме, а не в форме рисунка. Это свидетельство превосходных характеристик системы с замкнутой контуром XE АСМ.

Рисунок 2. Векторная нанолитография. Изображение выполнено в векторной форме с помощью отрицательного напряжения в диапазоне -5 и -10 В. Скорость сканирования варьируется в диапазоне значений 1-0,1 мкм/с. Высота оксидной пленки составляет примерно 2-4 нм.

XEL – передовое программное обеспечение для выполнения нанолитографии

Процесс выполнения нанолитографии XE-серии АСМ контролируется программой XEL. XEL имеет удобный пользовательский интерфейс, который делает процесс литографии таким же простым, как рисование картинки с помощью простого графического редактора. Достаточно нескольких манипуляций «мышью», что бы нарисовать, изменять размеры и перемещать объекты рисунка. Рисунки можно импортировать в растровый или векторный формат для выполнения нанолитографии.

Программа XEL имеет следующие преимущества:

• разнообразие литографических режимов;
• отдельные свойства объектов и фона;
• поддержка растрового и векторного режимов;
• удобный графический редактор.

На рисунке 3 представлен точечный рисунок, созданный с использованием напряжения между наконечником и образцом, индуцирующим окисление Si. Электрический домен пленки PZT можно включить с помощью разных напряжений между наконечником и образцом в разных положениях. Рисунок 4 отображает состояние домена: до окисления на рисунке 4 (a) и после, как показано на рисунке 4 (b), переключения домена с изображением EFM пленки PZT.  Осветленные области получаются при подведении напряжения «10В», и затемненные области – напряжения «-10В».

Рисунок 3. Точечный рисунок создан с помощью (a) переключения домена на пленке PZT, (b) нанесением штрихов на пленку из поликарбоната, размер скана 30 мкм.

Рисунок 4. Литографическое изображение EFM выполнено на пленке РZT (a) до и (b) после переключения домена, размер скана 5 мкм.

Внешняя литография высокого напряжения

Нанолитография в микроскопах серии XE представляет собой метод нанесения наноразмерных форм на поверхностях образцов. Для обычного нанолитографического режима в серии XE АСМ применяются напряжения в диапазоне от -10 до +10В. Для решения специальных задач требуется подвести более высокое напряжение, которое реализуется в нанолитографии высокого напряжения. С помощью комплекта для подключения внешнего высокого напряжения XE АСМ можно подключить к внешнему усилителю напряжения,  чтобы выполнить эксперименты или измерения с наконечником или образцом под напряжением выше 10В. Диапазон напряжений в литографии высоких напряжений зависит от внешнего усилителя напряжения.

Применение

• Развитие сферы нанолитографии и методов
• Изучение малых размеров
• Миниатюрная штриховка
• Сопротивление скорости распространения (воздействия)
• Порог воздействия

Микроскопы, работающие в режиме нанолитографии: