Utilisant un Microscope d'Ion d'Hélium Pour Produire les Configurations Lithographiques de Nanoscale

Par des Éditeurs d'AZoNano, les Petits Groupes Expérimentaux ont fourni par Donny Winston du Laboratoire de NanoStructures chez Massachusetts Institute of Technology

Table des matières

Introduction
Matériaux et Matériel
Préparation des Échantillons
Préparation de HSQ Dilué
Préparation des Disques de Silicium Propres
HSQ de Rotation sur le Silicium
Exposition dans l'ORION PLUS
Préparation de Révélateur « Salé »
Développement
Inspection des Résultats
Au Sujet de Carl Zeiss

Introduction

Pour employer l'électron ou les faisceaux ioniques pour produire des nano-configurations les trois méthodes qui sont type utilisées comprennent le fraisage de faisceau d'ions, la chimie induite de poutre (dépôt et gravure à l'eau forte), et rayonnent la lithographie induite. La lithographie induite de Poutre est la plus utilisée généralement pour produire les descripteurs utiles pour la fabrication d'un domaine des dispositifs.

Cette note d'application fournit des directives pour l'inscription, la préparation, et les configurations se développantes en films de silsesquioxane (HSQ) d'hydrogène. C'est un vernis photosensible négatif grand utilisé de faisceau d'électrons de son. Ces procédures de structuration peuvent être facilement exécutées dans un laboratoire bien-équipé même où alors il n'y a aucun outil détaillé de lithographie disponible. La procédure décrite est utilisée dans un microscope d'ion d'hélium (HIM). Le développement et la documentation du ci-dessous donné de phases ont été fournis par Donny Winston du Laboratoire de NanoStructures chez Massachusetts Institute of Technology.

Matériaux et Matériel

Pour préparer un échantillon de HSQ sur le silicium, les matériaux exigés sont cotés ci-dessous :

  • Un disque de silicium. La procédure élaborée dans cette expérience était avec des disques ayant les caractéristiques suivantes :
  • 3" diamètre (de 75mm)
  • 356-406 épaisseur de μm
  • 1-100 résistivité de Ω-Cm
  • <100> orientation
  • Des disques nouveaux ou récupérés peuvent être employés
  • HSQ dans le solvant de MIBK. Un tel produit est XR-1541-006 (Dow Corning).
  • MIBK Supplémentaire si la dilution est désirée. Un plus solution diluée de HSQ aura comme conséquence une couche plus mince (par exemple solvant de rinçage de qualité de semi-conducteur de Dow MIBK, Dow Corning).
  • Réfrigérateur de Laboratoire
  • Capot de Vapeur
  • Dispositif d'enduction de Rotation
  • Ellipsometer
  • Laboratoire-articles et solvants Normaux de chimie, comme mentionné ci-dessous
  • L'Équipement supplémentaire peut être nécessaire si la remise en état de disque fait partie de la procédure.

Préparation des Échantillons

Pour préparer la résistance a vêtu le disque pour la lithographie, les trois phases à suivre sont détaillée ci-dessous :

Préparation de HSQ Dilué

Selon cette procédure, 10 ml d'une dilution de 10:1 d'une solution des solides HSQ de 6 % sont préparés. La dilution donnante droit permettra à des épaisseurs de film aussi faibles que 12 le nanomètre. Tout Le travail chimique doit être effectué dans un capot de vapeur pour éviter l'inhalation et pour renverser des risques associés avec des solvants tels que MIBK.

  1. Retirez HSQ du réfrigérateur.
  2. Obtenez MIBK pour la dilution.
  3. Recueillez ensemble un cylindre gradué en plastique tel qu'un Numéro 3663-0010 de CHAT de 10 ml Nalgene, un entonnoir en plastique pour pleuvoir à torrents la solution de HSQ et le MIBK dans le cylindre gradué, une bouteille en plastique pour enregistrer la dilution telle qu'une bouteille de LDPE de 30 ml Nalgene avec le bouchon de compte-gouttes, et une bouteille de rebuts de solvant avec funnel6.
  4. Le cylindre gradué et l'entonnoir doit être nettoyé avec de l'acétone, puis le méthylène, puis alcool isopropylique (IPA), et puis la sèche avec un canon d'azote. L'Acétone est un solvant agressif des produits organiques. Le Méthylène est soluble en acétone, et IPA est soluble en méthylène. IPA s'évapore rapidement et proprement. Au cas où le cylindre et l'entonnoir seraient nettoyés précédemment, un rinçage d'IPA suivi du séchage d'azote-canon est suffisant.
  5. La bouteille doit être nettoyée par successif rinçant cela comprend la secousse vigoureuse de la bouteille scellée avec de l'acétone, le méthylène, et l'IPA. En Conclusion, rinçage avec MIBK.
  6. Mesurez à l'extérieur 1 ml de la solution de HSQ et pleuvoir à torrentsalors le dans la bouteille.
  7. Mesurez 9 ml du MIBK et puis pleuvoir à torrentsles dans la bouteille. De Nouveau, des flaques peuvent être atténuées à l'aide d'un chiffon ouvrier comme bavoir pour la bouteille.
  8. Tourbillonnent la bouteille doucement pour que 1 mn mélange la solution de solides de 0.6 %.
  9. Rincez l'entonnoir et le cylindre gradué avec IPA.
  10. Mettez la solution du HSQ du constructeur dans le réfrigérateur.
  11. Mettez l'échantillon dans le réfrigérateur jusqu'à mn 10 avant que vous planification pour l'utiliser. La solution doit être maintenue à la température ambiante avant la rotation.

Préparation des Disques de Silicium Propres

Pour la phase de lithographie, un disque récupéré ou neuf peut être utilisé. Pour nettoyer a récupéré des disques de silicium, le « nettoyage de RCA : Le » procédé SC1 + SC2 est recommendé.

Au cas où un disque propre serait enregistré dans le fluoroware pour plus que quelques heures ou si la contamination extérieure est suspectée, de telles contaminations peuvent être enlevées par gravure de plasma de l'oxygène, généralement désignée sous le nom « incinérant ».

C'est les puces re-propres désirables plutôt qu'un disque entier, un disque de porteur peut être exigé pour supporter les puces dans le calcinateur, à condition du design du calcinateur. Un calcinateur d'hyperfréquences fonctionnant à 2,45 Gigahertz a été utilisé précédemment. Un calcinateur utilisant l'alimentation électrique de RF peut également fonctionner parfaitement. Les paramètres de incinèration sont le flux de l'oxygène à 500 mL/min, l'alimentation électrique 1000 de W pendant 5 Mn.

S'il n'y a aucune condition pour un plus grand qu'environ 1 ~ de  de zone 1 millimètre pour la lithographie, elle est recommendée pour fendre le disque dans des puces de 1 de  cm du ~ 1. Ceci qui se fend peut être fait manuellement utilisant un tracement de diamant, mais l'utilisateur devrait souffler la surface sèche avec un canon d'azote pour retirer les particules restantes de silicium de la surface.

HSQ de Rotation sur le Silicium

  1. La puce de silicium est montée sur le mandrin de rotation. Un dispositif d'enduction de la rotation 100CB des Sciences de Brasseur a été utilisé. Le matériel est affiché sur le Schéma 1.
  2. L'accélération angulaire est sélectée. Une valeur de 10 krpm/sec assurera une augmentation à la pulsation finale dans un délai de 1 sec. Résultats angulaires Élevés d'accélération en couches plus minces.
  3. Choisissez la pulsation ou tournez la vitesse et la durée totale du fileur. Pour donner un point de référence, tournant au krpm 6 pour sec 31, utilisant des 10 rampes initiaux de krpm/sec, et utilisant une solution de 0.6 % HSQ comme spécifique dans la procédure ci-dessus sur ~1 une puce2 du cm SI, a comme conséquence une épaisseur de film de 12 nanomètre.
  4. Après la dessication à l'air, mesurez l'épaisseur de film. Un outil possible pour ceci est un Woollam M-2000 H Ellipsometer (λ= Spectroscopique 240-1000 nanomètre), actionné à l'incidence de ‹de 70 . Ce matériel est affiché sur le Schéma 2.

Le Schéma 1. Dispositif D'enduction de la Rotation CEE100.

Le Schéma 2. Ellipsometer Spectral.

Exposition dans l'ORION PLUS

Des Recommandations pour installer une exposition lithographique dans IL sont fournies ci-dessous. Ces recommandations peuvent être appliquées à n'importe quelle tâche de lithographie.

  1. Assurez-vous qu'il y a un objectif pour s'orienter et stigmation de poutre près de la zone d'exposition. Par exemple, un tracement de diamant peut être employé pour mettre une note de brouillon près d'un coin de la puce.
  2. L'échantillon est chargé et dirigé à une zone de l'objectif s'orientant à côté de la zone d'exposition désirée. Ceci a pu être l'extrémité d'un brouillon de tracement très près du centre de la puce. Foyer et stigmate.
  3. Tout En à l'aide d'un générateur de configuration externe, commutez au contrôle externe de l'ORION PLUS l'interface utilisateur (UI) suivant les indications des Schémas 3 et 4. Examinez la polarité de tension sur le lancement de blanker pour assurer le générateur de configuration pour décider si sélecter le haut actif de blanker ou le bas actif de blanker dans l'ORION PLUS UI.
  4. Basé sur le générateur de configuration, il peut également y avoir des paramètres supplémentaires à régler. Avec le Nabity NPGS, par exemple, on doit régler un paramètre « d'échelle de magnétique » égal à l'ORION PLUS le champ de vision de ~ de  d'agrandissement (dans le μm). Par exemple, si le champ de vision à X 1000 est le μm 127, l'échelle de magnétique de NPGS est 127000. En Outre, tout en en utilisant la dynamique maximum du fléchissement de poutre dans NGPS, c.-à-d. } 10 V, il sont essentiels pour régler l'ORION PLUS le champ de vision pour être double cela prévu par le fichier de configuration dans NPGS. Autrement, la configuration sera écrite à l'échelle de 50 %. La valeur d'étalonnage le varie également basé sur le type d'amplificateurs de fléchissement dans.
  5. La première configuration doit comprendre un alignement de dose. La dose critique pour l'exposition peut varier avec la dilution de HSQ et tourner l'épaisseur. Une dose régionale d'exemple est 30 μC/cm2. Une ligne dose d'exemple est 0,25 OR/cm. Une dose de remarque d'exemple est 0,25 fC.

Le Schéma 3. commande de Contrôle d'Échographie, sous le Menu système dans l'ORION PLUS UI.

Le Schéma 4. popup de contrôle d'Échographie et avis d'utilisateur.

Préparation de Révélateur « Salé »

Suivant cette procédure, une solution aqueuse de 500 ml de 1 % poids de NaOH et de 4 % poids de NaCl est obtenue. Cette solution est un révélateur contrasté pour HSQ. La recette exige l'eau (DI) désionisée, les boulettes de NaOH, le NaCl granulaire sous forme de sel de table et une échelle de milligramme.

  1. Rincez un 1 L bouteille en plastique avec de l'alcool isopropylique (IPA) et puis DI water.
  2. Pleuvoir À Torrents dedans 500 ml (500 g) DI water.
  3. Mesurez et pleuvoir à torrents dedans 5 g des boulettes de NaOH. Le NaOH est une base de forte concentration et doit être traité avec soin.
  4. Mesurez à l'extérieur et pleuvoir à torrents dedans le NaCl de 20 g. Remuez le mélange jusqu'à ce que la dissolution totale soit réalisée.

Développement

Pour développer un petit (~1 échantillon de cm de 2 ~1), seulement un petit volume de révélateur est nécessaire. C'est une procédure simple et directe, prenant juste quelques minutes.

  1. Remplissez Presque becher de 10 Pyrex de ml de révélateur salé.
  2. Plongez et retenez l'échantillon avec des brucelles dans le révélateur pour le Remous de 4 Mn doucement.
  3. Rinçage pour sec approximativement 30 en faisant fonctionner DI water.
  4. Rinçage pour sec approximativement 30 avec de l'alcool isopropylique.
  5. Séchez avec un canon d'azote.

Inspection des Résultats

L'Inspection doit être exécutée dans le SEM. Ceci fournit un bon contraste entre le silicium et le matériau de HSQ. La Représentation l'échantillon dans IL peut modifier les caractéristiques techniques les plus minuscules, ainsi la métrologie des résultats de structuration utilisant LUI doit être faite soigneusement.

Le Schéma 5 résultats représentatifs d'expositions pour un alignement de pilier modelé dans 30 nanomètre de HSQ. Fig. 5 (a) affiche un alignement sous-exposé, où seulement une partie des piliers développés demeurent restante. La Figure (b) affiche un alignement correctement exposé, et la Figure (c) affiche un alignement surexposé, où la taille de caractéristique technique s'est développée.

Le Schéma 5 (a). Alignement de Pilier exposé à 0,25 fC selon le pilier.

Le Schéma 5 (b). Alignement de Pilier exposé à 0,42 fC selon le pilier.

Le Schéma 5 (c). Alignement de Pilier exposé à 0,70 fC selon le pilier.

Une comparaison illustrative de ce résultat de lithographie à EBL. Le Schéma 6 expositions un alignement de pilier produit par 10 kev EBL9.

Le Schéma 6. Faisceau D'électrons A produit l'alignement de pilier exposé au fC 24,88 selon le pilier.

Tandis Que ces piliers étaient produits dans (70 nanomètre) une couche plus épaisse de HSQ, il y a des différences à mettre en valeur. D'abord, la dose minimum pour exposer l'alignement entier est 25 fois plus haut pour EBL normalisé pour la différence de hauteur. Le plus de manière significative, il y a une dépendance intense de position de fonctionnement de taille de pilier dans l'alignement. Les Piliers plus près l'arête de l'alignement sont plus étroits. Ceci a lieu en raison de l'effet de proximité d'EBL, où l'écriture de poutre dans un endroit transmet une dose sur des zones voisines. L'histogramme sur le Schéma 7 affiche que la distribution plus serrée dans la taille du IL a produit des piliers.

Le Schéma 7. Histogrammes des distributions de grandeurs de pilier dans LUI et EBL

Au Sujet de Carl Zeiss

La Division de Carl Zeiss NTS (Systèmes de Nanotechnologie) est une valeur ajoutant la partie intégrante de Carl Zeiss se développant, instruments de Poutre de Particules produisant, se vendant et service SEM, TEM, et conçus pour fixer de seules normes de haute qualité et pour fournir les solutions orientées par abonnée des zones pour de Semi-conducteur, d'Analyse Matérielle et de Sciences de la Vie application mondiales. Le Développement et les installations productives sont basés Oberkochen (Allemagne), Peabody, les MAMANS (ETATS-UNIS) et à Cambridge (R-U).

Cette information a été originaire, révisée et adaptée des matériaux fournis par Carl Zeiss NTS.

Pour plus d'informations sur cette source, rendez visite s'il vous plaît à Carl Zeiss NTS.

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

Last Update: 14. June 2013 09:18

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