扫描探针纳米光刻系统和方法技术方案

扫描探针纳米光刻系统包括用于通过在样本上沿着线(61)逐像素地刻写所述纳米结构(74)而逐行(60)创建纳米结构的探针。定位系统被适配为提供将探针在一系列预定位置处定位到样本和提供其朝着所述探针的表面，并且控制单元(50)被设置为控制定位系统定位探针以通过刻写单元逐像素地刻写所述线(61)。所述扫描探针纳米光刻系统还包括被适配为检测所刻写的纳米结构(74)的预定属性的传感器单元，所述传感器单元连接到控制单元来改变待提供到刻写单元的控制信号，以适合基于所测量的预定属性的信号(65；66)刻写后续线(61；62)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】扫描探针纳米光刻系统和方法
本专利技术涉及扫描探针纳米光刻系统和扫描探针纳米光刻过程的控制方法。
技术介绍
从多个现有技术文献，例如论述其他公开的US8261662已知扫描探针纳米光刻系统。纳米光刻通常以开环的方式进行，这意味着必须在刻写/图案化过程之前设置所有的刻写/图案化参数。在刻写过程期间不从所刻写的纳米结构获取信息。因此，必须在刻写过程期间隔离、消除或考虑可能妨碍刻写/图案化过程的所有外部(温度、湿度、压力等等)或内部(温漂、噪音、波动、退化、老化等等)影响，以便获得高质量并且良好再现性的纳米结构。在US8261662中所提及的反馈回路被用于控制刻写过程的系统刻写参数，例如通过测量刻写电流控制所述电流。扫描探针光刻技术使用锐利的针头/探针以创建纳米结构。其能够例如通过机械相互作用(正如例如由Yan等人在Small，6(6):724-728，(2010)中所描述的纳米剃刮或纳米刻划)、利用针头和样本之间的电场(局部阳极氧化，参见例如Chen等人的Opticsletters，30(6):652-654，(2005)、场感应沉积，参见例如Rolandi等人的AngewandteChemieInternationalEdition，46(39):7477-7480，(2007)、电子的场发射)、针头处的光增强(近场光刻，参见例如Srituravanich等人的NatureNanotechnology，3.12733-737，(2008))、自针头的材料沉积(蘸笔光刻，参见例如Radha等人的ACSNano，7.3:2602-2609，(2013))或者针头的局部加热(热化学、热解吸光刻，参见例如Pires等人的Science,328,732,(2010))实现。通常，扫描探针光刻法逐行扫描表面并且沿着线逐像素地刻写纳米结构。在很多情况下，创建纳米结构的同一针头能够被用于逐行并且逐像素地成像/读取(例如原子力显微镜(AFM)或扫描式隧道显微镜(STM))纳米结构。用于成像/读取具有纳米结构的表面的信息/属性多数情况下是形貌，但也能够是例如摩擦、导热性、导电性、静电势、磁矩、粘附性、弹性模量或是能够通过标准扫描探针显微技术测量的另外的表面属性。US201126882A1是在图案化纳米结构之前需要如何测量并调整外部参数(在该情况下为衬底的校平)的示例。与现有技术US201126882A1相比，本专利技术由图案化过程开始，并且从目标纳米结构的偏差获取信息以调整外部参数。这种闭环光刻原理也可潜在地适用于以更加简洁并且快捷的方式解决专利US201126882A1中所述的多个悬臂的校平问题。US7060977B1描述了被用于许多扫描探针纳米光刻过程的典型的校准过程。首先制造“纳米级测试图案”。然后通过一些其它手段测量该测试图案，以便为实际的图案化推导相关校准参数。该方法允许“在同一天”执行校准和实际应用。本专利技术持续地并且在光刻过程期间为每条线进行纳米结构的测量，并且因此测量通常在10ms到100ms内进行。US5825670A描述了来自使用扫描探针显微镜对校准样本成像的信息是如何能够被用于减少由于扫描仪运动的非线性所引起的误差的方法。需提及，该校准也能够被用于更好地控制用于扫描探针光刻的定位，其中精准的定位比成像更为重要。本专利技术在光刻过程期间成像。每条所成像的线的信息还能够被用于检测与xy位置的偏差，例如通过温漂检测，并且对其校正。扫描探测显微镜技术已与如在US5327625A中的刻绘法相结合。这里，刻绘工具将纳米结构压印在表面中，并且独立的扫描探针显微镜被用于测量所述印痕。在本专利技术中，同一探针被用于刻写和成像。在扫描隧道显微镜(STM)中，成像速度很大程度上取决于成像过程的反馈回路。之前成像的线能够被用于预测下一条成像的线的形貌，并且因此能够如US4889988A中所描述的那样使反馈回路更快。本专利技术使用的事实在于，对每条线而言，表示纳米结构的属性(例如在热扫描探针光刻中的形貌)的成像信息在实际成像过程之前就已经大致已知，这是因为刻写过程的纳米结构的目标属性在各条线处是已知的。因此，成像参数能够被优化以便快速且非破坏性地成像。例如就形貌而言，这能够意味着z位置根据目标刻写形貌移动，使得探针在不具有强烈的潜在破坏力的情况下仍旧接触以测量实际的形貌，这是因为悬臂在表面上施加较弱的力。
技术实现思路
根据现有技术程序，所刻写的纳米结构的这种成像/读取在完全刻写所述纳米结构之后进行。所以，如果在刻写过程期间调整刻写参数(力、电流、接触时间、温度等)，则这是在反馈回路中通过测量刻写参数而完成的。因此，本专利技术的目标在于提供一种改进的纳米光刻刻写方法和设备。本专利技术特别地提供对刻写过程的改进的控制，并且特别提供在刻写过程中监视表面和所刻写的纳米结构并且使用该信息来实时改进刻写过程的方法。由此，根据本专利技术的方法提供闭环反馈。简言之，本专利技术提供一种替代方法：扫描探针闭环纳米光刻和现场检查系统及方法。根据本专利技术的扫描探针纳米光刻系统包括探针，其用于通过在样本上沿着线逐像素地刻写纳米结构而逐行地创建所述纳米结构。所述系统具有被适配为提供将探针在一系列预定位置处定位到所述样本和提供其朝向所述探针的表面的定位系统，优选为XYZ定位系统，和被适配为控制定位系统定位探针以通过刻写单元逐像素地刻写所述线的控制单元。刻写/致动机构用于创建纳米结构。传感器单元被适配为检测所刻写的纳米结构的预定属性，并且被连接到控制单元来改变待提供到刻写单元的控制信号以适合基于所测量的预定属性信号刻写后续线。后续应理解为在时间上的下一条线，而不必为相邻的线。针头在样本的表面之上扫描。针头用于将结构刻写/创建/图案化在样本上/中，并且读取/成像结构和样本表面，并且可选地，还用于监视/读取针头到样本表面的距离。读取过程的信息作为反馈用于刻写过程，例如用于下一条线。因此，与外部或内部影响参数的不受控变动能够影响图案化过程的频率相比，刻写过程以更高的频率被直接控制并被稳定。此方法产生在整个刻写领域内的可靠的并且一致的图案，并且减少刻写之前所需要的校准。本方法还允许在刻写过程期间就将所刻写的纳米结构显示在电脑屏幕上。扫描运动是逐行(X＝行的方向)完成的，其中通常刻写过程在一个方向上并且读取过程在返回方向上。由于读取过程本身(读取像素的大小小于刻写像素的大小)以及后续的刻写线(有限的刻写像素大小)对结构的潜在影响，读取与之前所刻写的行相同的行可能无法提供关于刻写过程的充足的或者正确的信息。因此，跟在刻写线之后的读取线优选不在相同的线位置Y处完成，而是在之前的刻写线的位置处或其间完成。所以，在Y上的扫描运动能够根据下一条线是刻写线还是读取线而向前进和向后退。换言之，控制单元被适配为控制定位系统的XY部分以将跟在刻写线之后的读取线定位在以恒定距离平行于之前的刻写线的位置处或在之前的刻写线的位置之间。距离能够为零，于是前一条刻写线被重写；或者距离能够是刻写线之间的距离的倍数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扫描探针纳米光刻系统，包括：探针(31)，其用于通过在样本(20)上沿着线(61)逐像素地刻写纳米结构(24)而逐行地创建所述纳米结构；定位系统(10)，优选为XYZ定位系统(10)，所述定位系统被适配为提供将所述探针(31)在一系列预定位置处定位到所述样本(20)和提供其朝着所述探针(31)的表面(21)；和被适配为控制定位系统(10)定位所述探针(31)以通过刻写单元逐像素地刻写所述线(61)的控制单元(50)，所述刻写单元包括用于创建所述纳米结构(24)的刻写/致动机构(41)，其特征在于，所述扫描探针纳米光刻系统包括被适配为检测所刻写的纳米结构(74)的预定属性的传感器单元(40)，所述传感器单元(40)连接到控制单元(50)来改变待提供到所述刻写单元的控制信号以适合基于所测量的预定属性信号刻写后续线(61)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.16 EP 13184651.11.一种扫描探针纳米光刻系统，包括：探针，其用于通过在样本(20)上沿着线(61)逐像素地刻写纳米结构(24)而逐行地创建所述纳米结构；XYZ定位系统(10)，所述定位系统被适配为提供将所述探针在一系列预定位置处定位到所述样本(20)和提供其朝着所述探针的表面(21)；被适配为控制定位系统(10)定位所述探针以通过刻写单元逐像素地刻写所述线(61)的控制单元(50)，所述刻写单元包括用于创建所述纳米结构(24)的刻写/致动机构(41)，和被适配为检测所刻写的纳米结构(74)的预定属性的传感器单元(40)，所述扫描探针纳米光刻系统的特征在于，所述控制单元(50)被适配为控制所述定位系统(10)的XY部分，以将跟在刻写线(61)之后的读取线(65)定位在以恒定距离平行于之前的刻写线的位置处或在之前的刻写线的位置之间，其中所述传感器单元(40)连接到控制单元(50)来改变待提供到所述刻写单元的控制信号以适合基于所测量的预定属性信号刻写后续线(61)，其中所述预定属性是基于摩擦、导热性、导电性、静电势、磁矩、粘附性、弹性模量或形貌的物理属性。


2.根据权利要求1所述的扫描探针纳米光刻系统，其中，所述距离为零或为刻写线(61)之间的距离的倍数。


3.根据权利要求1所述的扫描探针纳米光刻系统，其中探针和所述定位系统(10)通过悬臂(30)连接，并且所述预定属性通过使用激光偏转或干涉法测量所述悬臂(30)的挠度来测量。


4.根据权利要求1所述的扫描探针纳米光刻系统，其中探针和所述定位系统(10)通过悬臂(30)连接，并且所述传感器单元(40)包括集成到所述悬臂(30)中的热传感器或压阻式传感器。


5.根据权利要求1所述的扫描探针纳米光刻系统，其中所述传感器单元(40)包括所述探针本身。


6.根据权利要求1所述的扫描探针纳米光刻系统，其中所述定位系统(10)包括压电级或磁性音圈级。


7.根据权利要求1所述的扫描探针纳米光刻系统，其中所述系统包括xy2D移位单元和z移位单元(12)。


8.根据权利要求7所述的扫描探针纳米光刻系统，其中所述2D移位单元和移位单元(12)为压电移位单元。

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利克斯·霍尔茨纳，菲利普·保罗，米卡尔·西恩泰克，阿明·诺尔，科林·罗林斯，
申请(专利权)人：瑞士力托股份公司，国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH