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我們知道半導體工業(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，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(zhù)光刻技術(shù)的改進(jìn)和半導體工藝的優(yōu)化。今天我們介紹的話(huà)題是針尖光刻技術(shù)，這不是一個(gè)很新的話(huà)題，但卻是默默發(fā)展的一種技術(shù)。

我們知道傳統的光刻是利用來(lái)實(shí)現圖案化的，提升光刻分辨率最直接的方法就是縮小光源的波長(cháng)，從i-line、g-line到DUV，到如今的EUV，還有E-Beam等，但是現有的物理知識和技術(shù)告訴我們，獲得更短波長(cháng)的光變得越來(lái)越難，我們必須另辟蹊徑，來(lái)在技術(shù)上實(shí)現突破。這時(shí)候我們會(huì )想到AFM技術(shù)，因為它可以幫我們實(shí)現亞納米級別表征。所以，基于A(yíng)FM技術(shù)的針尖光刻開(kāi)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(xiě)與原子力顯微鏡（AFM）的高分辨率結合起來(lái)。 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”，當與表面接觸時(shí)，墨水會(huì )擴散通過(guò)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，將小的有機分子，例如鏈烷硫醇（十八烷硫醇（ODT）和巰基十六烷酸（MHA））寫(xiě)到了金底物上。選擇這些分子是因為它們具有形成有序自組裝單分子層（SAM）的能力。自鏈烷硫醇對金表面沉積以來(lái)，DPN已用于通過(guò)控制各種實(shí)驗參數（例如環(huán)境濕度，寫(xiě)入速度和停留時(shí)間）在各種表面（包括金屬，半導體和絕緣體）上書(shū)寫(xiě)或模板化許多不同類(lèi)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)病毒顆粒和細菌。 

圖1 （A）DPN通過(guò)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量技術(shù)、在半導體器件材料表面制造尺寸小于3納米線(xiàn)寬結構的高性能微納加工系統?？稍诖髿猸h(huán)境下，高經(jīng)濟效益、快速直寫(xiě)5納米以下結構和制備納米級器件。該系統的閉環(huán)回路可實(shí)現使用同一掃描探針對納米結構的成像、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(chǎng)光刻的原理可以有效避免鄰近效應對亞10nm以下結構的影響。于此同時(shí)，由于本身就是一個(gè)標準的AFM，所以可以在曝光前后進(jìn)行表征和對準，避免和傳統光刻在做大面積圖形時(shí)需要做mark和對準步驟。

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)行復雜納米結構的刻寫(xiě)并且同時(shí)探測刻寫(xiě)所得結構的形貌。加熱的針尖通過(guò)熱作用，直接揮發(fā)局部的抗刻蝕劑，從而實(shí)現對各類(lèi)高分辨納米結構的制備 。

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運動(dòng)精度與微流控技術(shù)的結合，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)基礎上，公司用過(guò)研發(fā)，結合恒電電位移設備，利用電化學(xué)原理可以直接獲得亞微米級金屬3D結構（μAM技術(shù)），這也是當前構件亞微米精度3D金屬結構最有效的手段之一。

圖4 FluidFM技術(shù)原理

圖5 利用μAM技術(shù)獲得的2D光刻和3D打印結果