我們知道半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展有一個(gè)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(gè)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(gè)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(zhǎng)，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(shí)和技術(shù)告訴我們，獲得更短波長(zhǎng)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(shí)候我們會(huì)想到AFM技術(shù)，因?yàn)樗梢詭臀覀儗?shí)現(xiàn)亞納米級(jí)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(shí)，墨水會(huì)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(gè)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(duì)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(shí)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(gè)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(chǎng)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(cè)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)?？稍诖髿猸h(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(jí)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(duì)納米結(jié)構(gòu)的成像、定位、檢測(cè)和操縱。 該技術(shù)利用原子力顯微鏡針尖施加低能電場(chǎng)光刻的原理可以有效避免鄰近效應(yīng)對(duì)亞10nm以下結(jié)構(gòu)的影響。于此同時(shí)，由于本身就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的AFM，所以可以在曝光前后進(jìn)行表征和對(duì)準(zhǔn)，避免和傳統(tǒng)光刻在做大面積圖形時(shí)需要做mark和對(duì)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(shí)探測(cè)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(duì)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(dòng)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(jí)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(jí)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