3D纳米结构高速直写机-NanoFrazor Explore

纳米光刻与微米光刻兼顾的联合图形化工艺方案

   NanoFrazor光刻技术，衍生于IBM Research研发的热扫描探针光刻技术——快速、准确地控制纳米针尖的移动及温度，用热针尖实现对热敏抗刻蚀剂的快速准确刻写，从而为纳米制造提供了许多新颖的、*的可能性。

   3D纳米结构高速直写机-NanoFrazor Explore以高速、精度和可靠性运行，是目前所有扫描探针光刻技术中速度快、应用广泛的种。

   NanoFrazor Explore配备了进的硬件和软件，以较好地方式控制可加热的NanoFrazor悬臂梁，以便进行书写和成像，实现基于闭环光刻技术的各种高精度图案化工艺。2019年，Explore增配了激光直写模块，有效加快了征线宽在微米或亚微米水平的图形的加工速度，成为纳米光刻与微米光刻兼顾的联合图形化工艺方案。由此，在针对同抗刻蚀层的图案化工艺中，实现了纳米刻写与微米刻写的无缝衔接。从而可以根据不同的图案征线宽，采用不同精度的刻写技术，兼顾精度与速度。

主要点：

★  用加热针尖直接刻写图案，分辨率于15 nm；

★  用激光热挥发实现图案化，分辨率于1 μm；

★  高速原位AFM轮廓成像；

★  样品尺寸100×100 mm²；

★  闭环光刻；

★  灰度曝光，分辨率及精度达到2 nm；

★  用原位AFM实现准确的对准，从而实现无掩膜套刻及写场拼接；

★  越的隔音及隔振性能；

★  无需洁净间，亦无殊的实验室环境要求

闭环光刻

NanoFrazor光刻系统是基于热扫描探针光刻技术，其核心部件是种可加热的、非常尖锐的针尖，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。此外，NanoFrazor的光刻技术能够与各类标准的图形转移方案（如lift-off、刻蚀）兼容，从而实现各类材料的图形化制备。

“闭环光刻”技术确保图形化工艺的高准确度

纳米光刻与微米光刻兼顾的图形化工艺方案

   自2019年开始，NanoFrazor Explore增配了激光直写模块，由此在保障纳米分辨率图案刻写精度的同时，大大提升了NanoFrazor Explore对微米分辨率图形的刻写速度。

激光刻写

   基于激光的热作用，以亚微米精度，快速、直接地挥发抗刻蚀剂，从而实现大面积的图案化工艺（例如微纳结构的引线或焊点图形制备）。

热探针直写

   对于纳米结构或纳米器件关键部分的高精度、高分辨率刻写。

刻写所得结构的测量、观测、对准

   由于抗刻蚀剂直接挥发，无须湿法显影操作即可实现抗刻蚀剂的图案化。在图案化过程中，同根探针能够原位、高速的对图案化抗刻蚀剂进行AFM成像和测试。

微米尺度及纳米尺度的哈佛大学校徽，对PPA刻蚀剂的刻蚀深度为30 nm，图像由NanoFrazor Explore的探针进行AFM成像获得。(Courtesy of Harvard CNS)

设备型号

应用案例

三维光子分子（3D PHOTONIC MOLECULES）

(Courtesy of IBM Research Zurich, publication in 2018)

单电子器件

Courtesy of IBM Research Zurich, publication in 2018

基于二维原子晶体的器件

(Courtesy of Prof. Elisa Riedo, NYU)

基于准维纳米材料的纳米器件

(Courtesy of S. Karg & A. Knoll, IBM Research – Zurich)

基于布朗马达的纳米器件，可用于纳米颗粒分类

(Courtesy of IBM Research, Publications in Science and PRL 2018)

已发表的文献

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● Garcia (Nat Nano 2014) Advanced scanning probe lithography

● Rawlings (IEEE Nano 2014) Nanometer accurate markerless pattern overlay using thermal Scanning Probe Lithography

● Holzner (SPIE EMLC 2013) Thermal Probe Nanolithography

● Cheong (Nanoletters 2013) Thermal Probe Maskless Lithography for 27.5 nm Half-Pitch Si Technology

● Fei Ding (PhysRevB 2013) Vertical microcavities with high Q and strong lateral mode confinement

● Carrol (Langmuir 2013) Fabricating Nanoscale Chemical Gradients with ThermoChemical NanoLithography

● Paul (Nanotechnology 2012) Field stitching in thermal probe lithography by means of surface roughness correlation

● Kim (Advance Mat 2011) Direct Fabrication of Arbitrary-Shaped Ferroelectric Nanostructures on Plastic, Glass, and Silicon Substrates

● Holzner (APL 2011) High density multi-level recording for archival data preservation

● Holzner (Nanoletters 2011) Directed placement of gold nanorods using a removable template

● Paul (Nanotechnology 2011) Rapid turnaround scanning probe nanolithography

● Wang (Adv Funct Mat 2010) Thermochemical Nanolithography of Multifunctional Nanotemplates for Assembling Nano-Objects

● Wei and King (Science 2010)Nanoscale Tunable Reduction of Graphene Oxide for Graphene Electronics

● Pires (Science 2010) Nanoscale 3DPatterning of Molecular Resists by Scanning Probes

● Knoll (Adv Materials 2010) Probe-Based 3-D Nanolithography Using SAD Polymers

● Fenwick (Nat Nano 2009) Thermochemical nanopatterning of organic semiconductors

● Lee (Nanoletters 2009) Maskless Nanoscale Writing of Nanoparticle-Polymer Composites and Nanoparticle Assemblies using Thermal Nanoprobes

● Nelson (APL 2006) Direct deposition of continuous metal nanostructures by thermal dip-pe

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