Usando un Microscopio de Ión del Helio Para Crear los Modelos Litográficos de Nanoscale

Por los Editores de AZoNano, los Detalles Experimentales proporcionaron por Donny Winston del Laboratorio de NanoStructures en Massachusetts Institute of Technology

Índice

Introducción
Materiales y Equipo
Preparación de la Muestra
Preparación de HSQ Diluído
Preparación de las Obleas de Silicio Limpias
HSQ de Giro en el Silicio
Exposición en el ORIÓN MÁS
Preparación del Revelador “Salado”
Revelado
Examen de Resultados
Sobre Carl Zeiss

Introducción

Para utilizar el electrón o haces iónicos para crear nano-modelos los tres métodos que se utilizan típicamente incluyen fresar del haz de ión, química inducida haz (deposición y grabado de pistas), y la litografía inducida haz. Emita la litografía inducida es el más de uso general para crear los modelos útiles para la manufactura de un rango de dispositivos.

Esta nota de aplicación proporciona a las instrucciones para escribir, prepararse, y los modelos que se convierten en películas del silsesquioxane (HSQ) del hidrógeno. Esto es una fotoprotección negativa ampliamente usada del haz electrónico del tono. Estos procedimientos que modelan se pueden realizar fácilmente en un laboratorio bien equipado incluso donde entonces no hay herramientas detalladas de la litografía disponibles. El procedimiento descrito se utiliza en un microscopio de ión del helio (HIM). El revelado y la documentación de los pasos de progresión dados abajo han sido proporcionados por Donny Winston del Laboratorio de NanoStructures en Massachusetts Institute of Technology.

Materiales y Equipo

Para preparar una muestra de HSQ en el silicio, los materiales requeridos son mencionados abajo:

  • Una oblea de silicio. El procedimiento desarrollado en este experimento estaba con los fulminantes que tenían los pliegos de condiciones siguientes:
  • 3" diámetro (de 75m m)
  • 356-406 espesor del μm
  • 1-100 resistencia Ω-Cm
  • <100> orientación
  • Los fulminantes nuevos o reclamados pueden ser utilizados
  • HSQ en disolvente de MIBK. Un tal producto es XR-1541-006 (Dow Corning).
  • MIBK Adicional si se desea la dilución. Más solución diluída de HSQ dará lugar a una película más fina (e.g. disolvente de la aclaración del grado del semiconductor del Dow MIBK, Dow Corning).
  • Refrigerador del Laboratorio
  • Capo motor del Vapor
  • Máquina de pintar de la Barrena
  • Ellipsometer
  • Laboratorio-mercancías y disolventes Estándar de la química, según lo mencionado abajo
  • El equipo Adicional puede ser necesario si la reclamación del fulminante es parte del procedimiento.

Preparación de la Muestra

Para preparar el resistir recubrió el fulminante para la litografía, los tres pasos de progresión que se seguirán es detallada abajo:

Preparación de HSQ Diluído

Según este procedimiento, 10 ml de una dilución del 10:1 de una solución los macizo HSQ del 6% se preparan. La dilución resultante no prohibirá a espesores del film de hasta sólo 12 el nanómetro. Todo El trabajo químico se debe hacer en un capo motor del vapor para evitar la inhalación y para derramar los peligros asociados a los disolventes tales como MIBK.

  1. Quite HSQ del refrigerador.
  2. Consiga MIBK para la dilución.
  3. Recolecte junto un cilindro graduado plástico tal como No. 3663-0010 del CAT de 10 ml Nalgene, un cono plástico para verter la solución de HSQ y MIBK en el cilindro graduado, una botella plástica para salvar la dilución tal como una botella del LDPE de 30 ml Nalgene con el casquillo del cuentagotas, y una botella del desecho del disolvente con funnel6.
  4. El cilindro graduado y el cono tiene que ser limpiado con la acetona, entonces alcohol del metanol, entonces isopropilo (IPA), y después la seca con una pistola del nitrógeno. La Acetona es un disolvente agresivo de la materia orgánica. El Metanol es soluble en acetona, e IPA es soluble en metanol. IPA se evapora rápidamente y limpio. En caso de que el cilindro y el cono se hayan limpiado previamente, una aclaración de IPA seguida por la sequedad de la nitrógeno-pistola es suficiente.
  5. La botella tiene que ser limpiada con sucesivo enjuagando eso incluye la sacudida vigorosa de la botella tapada con la acetona, el metanol, e IPA. Finalmente, aclaración con MIBK.
  6. Mida fuera 1 ml de la solución de HSQ y después viértalo en la botella.
  7. Mida 9 ml del MIBK y después viértalos en la botella. Una Vez Más los derramamientos se pueden atenuar usando un trapo fabuloso como babero para la botella.
  8. Remolina la botella suavemente para que 1 minuto mezcle la solución maciza del 0.6%.
  9. Enjuague el cono y el cilindro graduado con IPA.
  10. Ponga la solución del HSQ del fabricante en el refrigerador.
  11. Coloque la muestra en el refrigerador hasta el minuto 10 antes de que usted proyectan utilizarlo. La solución tiene que ser guardada en la temperatura ambiente antes de hacer girar.

Preparación de las Obleas de Silicio Limpias

Para el paso de progresión de la litografía, un fulminante reclamado o nuevo puede ser utilizado. Para limpiar reclamó las obleas de silicio, la “limpieza de RCA: Se recomienda el” proceso SC1 + SC2.

En caso de que un fulminante limpio se haya salvado en el fluoroware para más que algunas horas o si se sospecha la contaminación superficial, tales contaminaciones se pueden quitar por la aguafuerte del plasma del oxígeno, designada común “puliendo con piedra pómez”.

Es virutas re-limpias deseables bastante que un fulminante entero, un fulminante del portador se puede requerir para utilizar las virutas en el asher, sujeto al diseño del asher. Un asher de la microonda operatorio en 2,45 Gigahertz se ha utilizado previamente. Un asher que usa potencia del RF puede también trabajar perfectamente. Los parámetros de pulimiento con piedra pómez son el flujo en 500 mL/min, del oxígeno potencia 1000 de W por 5 Min.

Si no hay requisito para ~ más grande del  del área un que cerca de 1 1 milímetro para la litografía, se recomienda para hender el fulminante en 1 ~ del  las virutas de 1 cm. Esto que hiende se puede hacer manualmente usando una marca del diamante, pero el utilizador debe soplar la superficie seca con una pistola del nitrógeno para quitar partículas restantes del silicio de la superficie.

HSQ de Giro en el Silicio

  1. El chip de silicio se monta en el mandril de la barrena. Una máquina de pintar de la barrena 100CB de Ciencias del Cervecero se ha utilizado. El equipo se muestra en el Cuadro 1.
  2. Se selecciona la aceleración angular. Un valor de 10 krpm/sec asegurará un aumento a la velocidad angular final en el plazo de 1 sec. Altos resultados angulares de la aceleración en películas más finas.
  3. Elija la velocidad angular o haga girar la velocidad y la duración total del cono de la hélice. Para dar una punta de la referencia, haciendo girar en el krpm 6 para el sec 31, usando 10 rampas iniciales del krpm/del sec, y usando una solución del 0.6% HSQ como se especifica en el procedimiento antedicho en una viruta de ~12 cm Si, da lugar a un espesor del film de 12 nanómetro.
  4. Después de secar al aire, mida el espesor del film. Una herramienta posible para esto es un Woollam M-2000 H Ellipsometer Espectroscópico (λ= 240-1000 nanómetro), operatorio en la incidencia del ‹de 70 . Este equipo se muestra en el Cuadro 2.

Cuadro 1. Máquina De Pintar de la Barrena CEE100.

Cuadro 2. Ellipsometer Espectral.

Exposición en el ORIÓN MÁS

Las Guías De Consulta para fijar una exposición litográfica en ÉL se proporcionan abajo. Estas guías de consulta se pueden aplicar a cualquier tarea de la litografía.

  1. Asegúrese de que haya una meta para el enfoque y el stigmation del haz cerca del área de exposición. Por ejemplo, una marca del diamante se puede utilizar para poner una marca de rayadura cerca de una esquina de la viruta.
  2. La muestra se carga y se navega a un área de la meta de enfoque adyacente al área de exposición deseada. Éste podía ser el extremo de una rayadura de la marca muy cerca del centro de la viruta. Enfoque y stigmate.
  3. Mientras Que usa un generador de modelo externo, cambie al mando externo dentro del ORIÓN MÁS interfaz de usuario (UI) tal y como se muestra en de los Cuadros 3 y 4. Controle la polaridad del voltaje en la activación del blanker para saber si hay el generador de modelo para decidir si seleccionar alto activo del blanker o ciclón activo del blanker en el ORIÓN MÁS UI.
  4. De Acuerdo con el generador de modelo, puede también haber parámetros adicionales a fijar. Con el Nabity NPGS, por ejemplo, uno debe fijar “un parámetro de la escala del mag” igual al ORIÓN MÁS campo visual del ~ del  de la magnificación (en μm). Por ejemplo, si el campo visual en X 1000 es el μm 127, la escala del mag de NPGS es 127000. También, mientras que usa el rango dinámico máximo de la desviación de haz en NGPS, es decir } 10 V, él son esenciales fijar el ORIÓN MÁS campo visual para ser doble eso preveída por el fichero del modelo en NPGS. Si No, el modelo será escrito en la escala del 50%. El valor de la calibración también varía basado en el tipo de amplificadores de la desviación en LO.
  5. El primer modelo debe incluir un arsenal de la dosis. La dosis crítica para la exposición puede variar con la dilución de HSQ y hacer girar espesor. Una dosis regional del ejemplo es 30 μC/cm2. Una línea dosis del ejemplo es 0,25 nC/cm. Una dosis de la punta del ejemplo es 0,25 fC.

Cuadro 3. mando de Mando de Exploración, bajo menú de Sistema en el ORIÓN MÁS UI.

Cuadro 4. mando de Exploración móvil y notificación del utilizador.

Preparación del Revelador “Salado”

Usando este procedimiento, una solución acuosa de 500 ml de 1 % peso de NaOH y de 4 % peso de NaCl se obtiene. Esta solución es revelador del alto contraste para HSQ. La receta requiere el agua (DI) desionizada, bolitas del NaOH, el NaCl granular bajo la forma de sal de vector y una escala del miligramo.

  1. Enjuague un 1 L botella plástica con el alcohol isopropilo (IPA) y entonces DI water.
  2. Vierta 500 ml (500 g) DI water.
  3. Mida y vierta 5 g de las bolitas del NaOH. El NaOH es una base de la alto-concentración y necesita ser manipulado con cuidado.
  4. Mida fuera y vierta el NaCl de 20 g. Revuelva la mezcla hasta que se logra la disolución total.

Revelado

Para desarrollar una pequeña (~1 el  ~1 cm2) muestra, solamente un pequeño volumen del revelador es necesario. Esto es un procedimiento simple y directo, tardando apenas algunos minutos.

  1. Llene Casi un cubilete de 10 Pyrex del ml del revelador salado.
  2. Sumerja y sujete la muestra con las pinzas en el revelador para el Remolino de 4 Min. suavemente.
  3. Aclaración para el sec aproximadamente 30 en funcionar con a DI water.
  4. Aclaración para el sec aproximadamente 30 con el alcohol isopropilo.
  5. Seqúese con una pistola del nitrógeno.

Examen de Resultados

El Examen se debe realizar en SEM. Esto proporciona a un buen contraste entre el silicio y el material de HSQ. La Proyección De Imagen la muestra en ÉL puede modificar las características más minúsculas, así que la metrología de resultados que modelan usando ÉL se debe hacer cuidadosamente.

Cuadro 5 resultados representativos de las demostraciones para un arsenal del pilar modelado en 30 nanómetro de HSQ. Fig. 5 (a) muestra un arsenal subexpuesto, donde solamente una porción de los pilares desarrollados sigue siendo de vigente. La Figura (b) muestra un arsenal correctamente expuesto, y la Figura (c) muestra un arsenal sobreexpuesto, donde la talla de característica ha crecido.

Cuadro 5 (a). Arsenal del Pilar expuesto en 0,25 fC por pilar.

Cuadro 5 (b). Arsenal del Pilar expuesto en 0,42 fC por pilar.

Cuadro 5 (c). Arsenal del Pilar expuesto en 0,70 fC por pilar.

Una comparación ilustrativa de este resultado de la litografía a EBL. Cuadro 6 demostraciones un arsenal del pilar creado por 10 keV EBL9.

El Cuadro 6. Haz Electrónico Produjo el arsenal del pilar expuesto en el fC 24,88 por pilar.

Mientras Que estos pilares fueron creados en (70 nanómetro) una capa más gruesa de HSQ, hay diferencias a destacar. Primero, la dosis mínima para exponer el arsenal entero es 25 veces más arriba para EBL normalizado para la diferencia de la altura. Lo más importante posible, hay una dependencia fuerte de la posición de trabajo de la talla del pilar dentro del arsenal. Los Pilares más cerca el borde del arsenal son más estrechos. Esto ocurre debido al efecto de proximidad de EBL, donde la escritura del haz en una mancha comunica una dosis en áreas vecinas. El histograma en el Cuadro 7 muestra que la distribución más apretada de tamaño del ÉL creó pilares.

Cuadro 7. Histogramas de las distribuciones dimensionales del pilar en ÉL y EBL

Sobre Carl Zeiss

La División de Carl Zeiss NTS (Sistemas de la Nanotecnología) es un valor que agrega a la parte integrante de Carl Zeiss que se convierte, los instrumentos del Haz de Partícula produciendo, vendiendo y abasteciendo SEM, TEM, y diseñados para fijar patrones de alta calidad únicos y para proporcionar a las soluciones enfocadas cliente para los campos de la aplicación del Semiconductor, del Análisis Material y de las Ciencias de la Vida mundiales. El Revelado y las instalaciones de producción se basan en Oberkochen (Alemania), Peabody, MA (los E.E.U.U.) y Cambridge (REINO UNIDO).

Esta información ha sido originaria, revisada y adaptada de los materiales proporcionados por Carl Zeiss NTS.

Para más información sobre esta fuente, visite por favor a Carl Zeiss NTS.

Date Added: Sep 26, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 09:51

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