次世代ナノリソグラフィーのための知的ナノ加工システムに関する研究

下一代纳米光刻智能纳米加工系统研究

基本信息

批准号：
08750293
负责人：
柴田隆行
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、ナイメータオーダのライン&スペースのレジストパターンを機械的に直接加工するナノリソグラフィーの実現を目標とし、提案する“知的ナノ加工システム"の開発を行った。本システムは、走査プローブ顕微鏡を応用した微細加工機であり、p型半導体ダイヤモンド製の加工探針によって、ナノメータレベルの機械加工を行うものである。加えて、ダイヤモンド加工探針がSTM・AFMとしての計測用探針としても共用が可能であることから、加工前の表面性状の評価、加工場所の原子レベルでの位置決め、加工後の形状評価をin situで行える特徴も有する。このようなナノメータ精度の加工・計測一体型の全く新しい加工システムである“知的ナノ加工システム"を確立するための基礎研究として、(1)ナノメータオーダの精度を有する3次元駆動機構の設計・試作を行い、(2)相合成法によって本システムに不可欠なダイヤモンド加工探針を作製し、(3)開発した加工探針をSTMの計測用探針として共用するための性能評価を行った。得られた結果をまとめると次のとおりである。1.圧電素子を用いた3次元駆動システムを開発した。本システムは、2個のチューブ型の圧電素子(PZT:3軸駆動が可能)を対向配置し、一方のPZTに試料を設置し、もう一方のPZTには加工探針を設置する構造とした。前者には、加工探針と試料を加工位置まで位置決めするZ軸粗動ユニットおよび加工探針をXY平面内で走査するXY軸走査ユニットとしての機能を、後者には、加工探針-試料間距離を一定に制御するZ軸微動サーボユニットとしての機能をもたせた。Z軸粗動ユニットの分解能は0.2nmであり、XY軸走査ユニットは電荷制御による線形化によって2.6μm×2.6μmの駆動範囲を50nm以下の直線性で走査可能とした。また、Z軸微動サーボユニットは試料-加工探針間の距離を分解能6nmで制御可能とした。さらに、加工探針の装着部にタングステン製の探針を取り付けSTM観察を行い、本駆動システムの性能を総合的に評価した結果、20nm程度の分解能を有することがわかった。2.気相合成法によってp型半導体ダイヤモンド製の加工探針を作製した。具体的には、異方性エッチングによって作製したSi基板の“モ-ルド"上に、ホウ素を溶解したアセトンと水素の混合ガスを用い熱フィラメントCVD法によってダイヤモンド薄膜を形成し、高さ約50μmのピラミッド状の加工探針を作製した。開発した上記の駆動システムにダイヤモンド製の加工探針を装着しSTM計測を行った結果、トンネル電流の計測を確認した。以上の結果から、半導体ダイヤモンド加工探針の計測用探針としての可能性を明らかにし、提案した“知的ナノ加工システム"実現の可能性を見いだした。

在这项研究中，我们开发了一个提出的“智能纳米机械系统”，其目的是实现纳米光刻，该纳米印刷术直接在尼尼尔甲基序列上的线条和空间中的模式进行机械处理。该系统是使用扫描探针显微镜的微加工机器，并使用由P型半导体钻石制成的处理探针执行纳米级加工。此外，由于可以将钻石处理探针用作STM和AFM的测量探针，因此它们还具有在处理之前评估表面特性，位于处理位置的原子水平的位置，并在原位处理后的形状。作为建立“智能纳米机械系统”（具有集成纳米精度的全新加工系统）的基础研究，我们（1）我们（1）设计和原型制定了一种3D驱动机制，具有精确的纳米计算，（2）制造的钻石处理探针，对于该系统进行了探测器，该探针对该系统进行了概括，并且（3）对该系统进行了分配，并评估了该探测器的量表，并在开发的量度上进行了衡量的表演。所获得的结果总结如下：1。使用压电元素的3D驱动系统。该系统具有一个结构，其中两个管形的压电元件（PZT：能够进行三轴驾驶）相互排列，并将样品放在一个PZT上，并将处理探针放在另一个PZT上。前者具有Z轴粗移动单元的功能，该单元将加工探头和样品定位在处理位置和XY轴扫描单元，该单元在XY平面内扫描加工探针，而后者则具有Z轴精细运动伺服单元的功能，该功能可以控制加工探针之间的距离和在常数水平下的标本之间的距离。 Z轴粗部运动单元的分辨率为0.2 nm，XY轴扫描单元能够通过通过电荷对照线性化的线性线性扫描2.6μmx2.6μm的驾驶范围为50 nm。此外，Z轴精细运动伺服单元允许样品和处理探针之间的距离以6 nm的分辨率进行控制。此外，将钨探针附着在处理后的探针的安装部分，并进行了STM观察，并对此驱动系统的性能进行了全面评估，并发现该驱动系统的分辨率约为20 nm。 2。由P型半导体钻石制成的加工探针是通过蒸气 - 相合成制备的。具体而言，使用丙酮和氢混合气体形成钻石薄膜，其中将硼溶解在各向异性蚀刻所产生的SI底物“模块”上，并以高度约50μm的高度制备金字塔形处理探针。钻石制造的加工探针附着在上述开发的驱动系统上，并进行了STM测量，并确认了隧道电流测量值。从上述结果中，我们阐明了半导体钻石加工探针的可能性作为测量探针，并发现了实现拟议的“智力纳米机械系统”的可能性。