Beschreibung der Beschaffung
Leistungsbeschreibung für ein Rasterspitzen basierendes Nanolithographie- und Nano-charakterisierungssystem, das am Walter Schottky Institut am Lehrstuhl für Halbleiter-Nanostrukturen und Quantensysteme (Prof. J. J. Finley) installiert werden soll. Eine Übersetzung dieses Dokuments auf Englisch ist auf Wunsch erhältlich.
1.1. Aufbau des Systems
Das spitzenbasierte Nanolithografiesystem wird dazu verwendet, nanostrukturierte supraleitende Dünnschichtschaltungen zu bewerten, zu reparieren, zu modifizieren und anzupassen, die durch Standard-Elektronenstrahllithografie auf isolierenden Substraten mit einem Durchmesser von bis zu 10 cm definiert worden sind. Die Nanostrukturen können Unvollkommenheiten aufweisen, z. B. Kurzschlüsse zwischen verschiedenen Schaltkreiskomponenten, die individuell behoben werden müssen. Das System sollte in der Lage sein, die Nanostrukturen topografisch oder auf andere Weise abzubilden (z. B. mit nanoelektrischen Methoden wie der Rasterkapazitätsmikroskopie oder der Rastermikrowellenimpedanzmikroskopie). Ohne die Probe oder das Gerät auszutauschen oder zu verändern, sollte es dann möglich sein, die Probe lithografisch zu bearbeiten, entweder durch Abtragen/Modifizieren einer zuvor abgeschiedenen Resistschicht oder idealerweise direkt auf der Nanostruktur durch elektrochemische/oxidative oder physikalische Verfahren. Die Lithografiemethode sollte einen hochauflösenden Materialabtrag (~20 nm) ermöglichen. Das System muss mit allen Komponenten ausgestattet sein, die für den Betrieb notwendig sind, einschließlich Steuerungen, einem schall- und vibrationsisolierten Gehäuse (falls erforderlich), Computer und Software, Scanspitzen und Spitzenhalter. Die Kosten für Fracht, Garantie, Installation und Schulung sind im Endpreis enthalten.
1.2. Leistungsspezifikationen des Systems
Allgemeines Design
- Das System muss über ein schall- und schwingungsisoliertes Gehäuse verfügen, wenn dies zum Erreichen der angegebenen Auflösungsmerkmale erforderlich ist (siehe Abschnitt 1.2.2 und 1.2.3)
- Das System sollte auf dem Closed-Loop-Tip-Scanning basieren, mit einer Reichweite von mindestens 85 x 85 μm. Insbesondere ist es nicht erwünscht, die Position der Probe zu scannen, da die Probe elektrische Verbindungen zu externen Geräten haben kann.
- Der Scanner sollte thermisch kompensiert sein.
- Die effektive Zeilenabtastrate sollte mindestens 2 Hz betragen, um einen hohen Durchsatz zu erzielen.
- Im Nanolithografie-Modus sollten beliebige Spitzenpfade und Sequenzen über eine mitgelieferte Software-Schnittstelle programmierbar sein. Außerdem sollte die Software-Schnittstelle es ermöglichen, vorgefertigte Muster/Spitzenpfade aus einem Standardmusterdateiformat (z. B. .DWG) zu laden und auszuführen.
- Das System sollte für eine Probe mit einem Durchmesser von mindestens 10 cm und einer Dicke von 1 cm geeignet sein.
- Das System sollte mit einem motorisierten Probentisch und einem optischen Mikroskop ausgestattet sein, um interessante Bereiche auf großflächigen Proben zu lokalisieren.
- Die Probe sollte mit einer Vakuumspannvorrichtung und einer Vakuumpumpe oder auf andere Weise fixiert werden, ohne dass Klebstoff oder eine direkte mechanische Einspannung erforderlich ist.
- Die Spitze sollte automatisch an die Probe herangeführt werden.
- Es sollten Sonden für alle Lithografie- und Charakterisierungsmodi enthalten sein.
1.2.2 Fähigkeiten der Nanolithografie
Das System sollte eine scharfe Abtastspitze verwenden, um die Probe mit einem oder mehreren der folgenden Verfahren lithografisch zu strukturieren:
o Thermisches Abtragen einer Polymerresistschicht, die zuvor auf der Probe abgeschieden wurde.
o Chemische Modifizierung einer Polymerresistschicht, die zuvor auf die Probe aufgebracht wurde.
o Direkte anodische Oxidation der Probe.
o Physikalischer Materialabtrag (z. B. Nanoscratching).
Das Nanolithografie-Verfahren sollte eine minimale Strukturgröße von <50 nm mit einem halben Pitch von <80 nm ermöglichen.
Das System sollte nahtlos zwischen den Modi Topografie und Nanolithografie wechseln. Insbesondere sollte die Wiederholbarkeit der Spitzenposition beim Umschalten zwischen den Modi <10nm betragen.
Die Probe darf nicht aus dem System entfernt oder in irgendeiner Weise verändert werden, und auch die Spitze darf beim Wechsel zwischen Topografie- und Nanolithografie-Modus nicht ausgetauscht werden.
Im Falle der anodischen Oxidation sollte eine Vorspannung der Spitze oder der Probe von bis zu +/- 10 V unterstützt werden. Eine Erweiterung des Spannungsbereichs auf +/- 40 V sollte mit externen Geräten möglich sein (nicht im Lieferumfang enthalten).
1.2.3 Fähigkeiten zur Probencharakterisierung
Das System sollte in der Lage sein, nanostrukturierte Leiter-, Halbmetall- und Halbleiter-Dünnfilmproben mit der Abtastspitze abzubilden/zu charakterisieren. Die folgenden Messmodi sind erforderlich:
o Mechanische Charakterisierung im Kontakt- und Tapping-Modus (oszillierende Spitze), die in der Lage ist, mechanische Informationen wie Modul, Adhäsion und Topografie mit einer lateralen Auflösung von < 1 nm zu liefern.
o Im Tapping-Modus sollte eine Spitzenkraft von 10 pN oder weniger erreicht werden können.
Die folgenden Messmodi sind erwünscht:
o SMIM, um Leiter-, Halbmetall- und Halbleiterdünnschichten abzubilden, die sich unter dielektrischen Schichten befinden, z. B. Lithographieresist oder Hartmasken. Dieser Modus wird vor allem in Verbindung mit anodischer Oxidationslithografie oder resistbasierten Lithografien benötigt. Die SMIM-Empfindlichkeit sollte 0,5aF oder besser sein.
o Nanoelektrische Messungen im Kontakt- oder Klopfmodus, einschließlich:
- Piezoresponse-Kraftmikroskopie (PFM)
- Kelvinsonden-Kraftmikroskopie (KPFM)
- Rasterkapazitätsmikroskopie (SCM)
Das System sollte in der Lage sein, Signal-Abstands-Kurven an jedem Pixel für die Spitzenkraft, die realen und imaginären Komponenten des SMIM-Signals (falls zutreffend) usw. aufzuzeichnen und zu visualisieren.
Die nanoelektrischen Messmodi (einschließlich SMIM) sollten mit der Spitze im Tapping-Modus möglich sein.
Für elektrische Messungen ist eine Vorspannung der Spitze von mindestens +/- 10 V erforderlich.
Für nanoelektrische Messungen sollte der mitgelieferte Stromverstärker eine Verstärkungseinstellung von 20 pA/V bis 100 nA/V und eine Bandbreite von > 10 kHz bei allen Verstärkungseinstellungen haben.
1.3. PC-Steuerung
Das System sollte einen Steuercomputer, einen Monitor, eine Tastatur, eine Maus und die erforderliche Software enthalten, die eine grafische Benutzeroberfläche für die Steuerung der Experimente und die Analyse der vom System erfassten Daten bietet.
Auf dem Computer sollte Windows 10 oder Windows 11 laufen.