Der Bedarf an hochpräziser Positionierung für die Anwendung der Nanofabrikation in makroskopischen Arbeitsbereichen nimmt stetig zu. Durch einen neuen Grad der Komplexität bei der mikro- und nanoelektronischen Fertigung sind extremste Anforderungen an die hochpräzise Nanopositionierung über Verfahrbereiche bis zu 100 mm und deren Kombination mit hocheffizienten Nanostrukturierungsverfahren erforderlich. Für die Erzeugung von Nanostrukturen haben sich in den letzten Jahrzehnten im Vergleich zur optischen Lithographie zahlreiche alternative Verfahren etabliert. Für höchstgenaue Nanostrukturierung und -Messung bieten spitzenbasierte Technologien einen deutlichen Vorteil im Gegensatz zu anderen Verfahren. Der gewöhnliche Bewegungsbereich von spitzenbasierten Systemen ist jedoch meist nur auf einige hundert µm2 begrenzt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist, die bisher kleinflächige Nanostrukturierung durch einen Fowler-Nordheim-Emissionsstrom auf Wafergrößen bis zu 4 Zoll auf Basis einer ultrapräzisen Nanopositionier- und Nanomessplattform zu übertragen. Durch die einzigartige Kombination aus planarer Nanopositioniertechnologie mit einem spitzen basierten System können die Bewegungsbereiche um einen Faktor 106-108 erweitert werden. Die Nutzung von aktiven Mikrocantilevern erlaubt einen beliebigen Wechsel zwischen Rasterkraftmikroskopie- und Rastersondenlithographiemodus. Nach der Charakterisierung und Optimierung der planaren Nanofabrikationsmaschine folgen gezielte und umfassende Untersuchungen des spitzenbasierten Systems, um beide Systeme optimal zusammenführen zu können. Anschließend werden diverse Experimente durch die Kombination der Systeme zur großflächigen Abtastung präsentiert, bei denen die Demonstration von makroskopischen AFM-Scans bis zu 100 mm im Fokus stehen. Daran schließen sich umfassende Untersuchungen zur Nanofabrikation über makroskopische Bereiche an. Hiermit gelang der Nachweis der erfolgreichen Synergie der beiden Technologien. Die Zusammenhänge der Reproduzierbarkeit, Präzision als auch des Spitzenverschleißes sind intensiv untersucht. Auch die Bearbeitungslänge und maximale Scangeschwindigkeiten werden analysiert und diskutiert. Zum Nachweis der Verwertbarkeit der erzeugten Nanostrukturen mit der NFM-100 ist ein möglicher Musterübertrag für die Anwendung weiterer Nanofabrikationsprozesse wie beispielsweise der Nanoprägelithographie erfolgreich demonstriert.
The demand for high-precision positioning for nanofabrication applications in macroscopic workspaces is steadily increasing. Due to a new level of complexity in micro- and nanoelectronic manufacturing, the extreme requirements for high precision nanopositioning over travel ranges up to 100 mm and their combination with highly efficient nanostructuring processes are necessary. Numerous alternative processes for the generation of nanostructures compared to optical lithography have been established in recent decades. For highly accurate nanostructuring and measurement of nanostructures, tip-based technologies offer a distinct advantage over other methods. However, the range of motion of tip-based systems is usually limited to only a few hundred µm². The aim of this thesis is to transfer the previously small-area nanostructuring by a Fowler-Nordheim emission current to wafer sizes up to 4 inch on the basis of an ultra-precise nanopositioning and nanomeasuring platform. By uniquely combining planar nanopositioning technology with a tip-based system, the ranges of motion can be extended by a factor of 106-108. The use of active microcantilevers additionally allows arbitrary switching between atomic force microscopy and scanning probe lithography modes. The characterisation and optimisation of the planar nanofabrication machine is followed by targeted and comprehensive investigations of the tip-based system in order to optimally merge both systems. This is supplemented by various experiments combining the systems for large-area scanning, focusing on the demonstration of macroscopic AFM scans up to 100 mm. Extensive investigations of nanofabrication over macroscopic areas follow. Hereby, the successful synergy of the two technologies is demonstrated. The interrelationships of reproducibility, precision as well as tip wear are intensively investigated. The machining length and maximum scanning speeds are also analysed and discussed. To prove the usability of the produced nanostructures with the NFM-100, a possible pattern transfer for the application of further nanofabrication processes such as nanoimprint lithography was successfully demonstrated.
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