Het Gebruiken van een IonenMicroscoop van het Helium om Lithografische Patronen Tot Stand Te Brengen Nanoscale

Door AZoNano Redacteurs, Experimentele Details die door Donny Winston van het Laboratorium NanoStructures in Massachusetts Institute of Technology worden verstrekt

Inhoudstafel

Inleiding
Materialen en Uitrusting
De Voorbereiding van de Steekproef
Voorbereiding van Verdunde HSQ
Voorbereiding van de Schone Wafeltjes van het Silicium
Het Spinnen HSQ op Silicium
Blootstelling in ORION PLUS
Voorbereiding van „Zoute“ Ontwikkelaar
Ontwikkeling
Inspectie van Resultaten
Ongeveer Carl Zeiss

Inleiding

Om elektron of ionenstralen te gebruiken om nano-patronen tot stand te brengen de drie methodes die typisch worden gebruikt omvatten ionenstraalmalen, straal veroorzaakte chemie (het deposito en etst), en straal veroorzaakte lithografie. Wordt de Straal veroorzaakte lithografie het meest meestal gebruikt voor het creëren van nuttige malplaatjes voor de vervaardiging van een waaier van apparaten.

Deze toepassingsnota verstrekt instructies voor het schrijven van, het voorbereiden van, en het ontwikkelen van patronen in waterstof silsesquioxane (HSQ) films. Dit is ruim gebruikte negatieve photoresist van de toonelektronenstraal. Deze die procedures vormen kunnen gemakkelijk in een goed uitgerust laboratorium worden uitgevoerd zelfs waar dan er geen gedetailleerde beschikbare lithografiehulpmiddelen zijn. De beschreven procedure wordt gebruikt in een helium ionenmicroscoop (HIM). De ontwikkeling en de documentatie van de hieronder gegeven stappen zijn verstrekt door Donny Winston van het Laboratorium NanoStructures in Massachusetts Institute of Technology.

Materialen en Uitrusting

Om een steekproef van HSQ op silicium voor te bereiden, zijn de vereiste materialen hieronder vermeld:

  • Een siliciumwafeltje. De procedure die in dit experiment wordt ontwikkeld was met wafeltjes die de volgende specificaties hebben:
  • 3“ (75mm) diameter
  • 356-406 dikte μm
  • 1-100 ω-cm- weerstandsvermogen
  • <100> richtlijn
  • Of de nieuwe of teruggewonnen wafeltjes kunnen worden gebruikt
  • HSQ in oplosmiddel MIBK. Één dergelijk product is xr-1541-006 (Dow Corning).
  • Extra MIBK als de verdunning wordt gewenst. Een verdundere oplossing HSQ zal in een dunnere film resulteren (b.v. van de de halfgeleiderrang van Dow MIBK de spoelingsoplosmiddel, Dow Corning).
  • De ijskast van het Laboratorium
  • De kap van de Damp
  • Coater van de Rotatie
  • Ellipsometer
  • Standaard chemie laboratorium-waren en oplosmiddelen, zoals hieronder vermeld
  • De Extra apparatuur kan worden vereist als de wafeltjeterugwinning deel van de procedure uitmaakt.

De Voorbereiding van de Steekproef

Om voor te bereiden verzet me tegen met een laag bedekt wafeltje voor lithografie, zijn de drie te volgen stappen hieronder gedetailleerd:

Voorbereiding van Verdunde HSQ

Vanaf deze procedure, wordt 10 ml van een 10:1verdunning van een 6% vaste lichamenHSQ oplossing voorbereid. De resulterende verdunning zal filmdikten zo laag zoals 12 NM toestaan. Al chemisch werk moet in een dampkap worden gedaan inhalatie en morserijgevaren vermijden verbonden aan oplosmiddelen zoals MIBK.

  1. Verwijder HSQ uit de ijskast.
  2. Krijg MIBK voor verdunning.
  3. Verzamel samen een plastic gediplomeerde cilinder zoals een 10 mlNalgene KAT nr 3663-0010, een plastic trechter voor het gieten van oplossing HSQ en MIBK in de gediplomeerde cilinder, een plastic fles om de verdunning zoals een 30 mlNalgene LDPE fles met druppelbuisje GLB, en een oplosbare afvalfles met funnel6 op te slaan.
  4. De gediplomeerde cilinder en de trechter moeten met aceton, toen methanol, toen isopropyl alcohol (IPA) worden schoongemaakt, en dan het drogen met een stikstofkanon. Het Aceton is een agressief oplosmiddel van natuurlijke producten. De Methanol is oplosbaar in aceton, en IPA is oplosbaar in methanol. IPA verdampt proper snel en. Voor het geval dat de cilinder en de trechter eerder zijn schoongemaakt, volstaat een spoeling IPA door stikstof-kanon dat te drogen wordt gevolgd.
  5. De fles moet door het opeenvolgende spoelen worden schoongemaakt die het krachtige schudden van de verzegelde fles met aceton, methanol, en IPA omvat. Tot Slot spoeling met MIBK.
  6. De Maatregel uit 1 ml van de oplossing HSQ en giet het dan in de fles.
  7. Meet 9 ml van MIBK en giet het dan in de fles. Opnieuw, kunnen de morserijen worden verlicht door een fab te gebruiken afvegen als slab voor de fles.
  8. Wervel zacht de fles voor 1 min om de 0.6% vaste lichamenoplossing te mengen.
  9. Spoel de trechter en de gediplomeerde cilinder met IPA.
  10. Plaats de oplossing van HSQ van de fabrikant in de ijskast.
  11. Plaats de steekproef in de ijskast tot 10 min vóór u plan om het te gebruiken. De oplossing moet bij kamertemperatuur worden gehouden alvorens te spinnen.

Voorbereiding van de Schone Wafeltjes van het Silicium

Voor de lithografiestap, kan een teruggewonnen of nieuw wafeltje worden gebruikt. Om teruggewonnen siliciumwafeltjes schoon te maken, „RCA dat schoonmaakt: SC1 + SC2 het“ proces wordt geadviseerd.

Voor het geval dat een schoon wafeltje in fluoroware voor meer dan een paar uren is opgeslagen of als de oppervlakteverontreiniging wordt verdacht die, kunnen dergelijke verontreiniging door zuurstofplasma ets, algemeen worden verwijderd naar zoals „verbrandend“ wordt doorverwezen.

Het is wenselijk om spaanders eerder dan een geheel wafeltje re-schoon te maken, kan een carrier wafeltje worden vereist om de spaanders in asher te steunen, behoudens het ontwerp van asher. Microgolfasher die bij 2.45 GHz werkt is eerder gebruikt. Asher die de macht van RF gebruikt kan ook volkomen werken. De verbrandende parameters zijn zuurstofstroom bij 500 mL/min, de macht van 1000 W voor 5 min.

Als er geen eis ten aanzien van een gebied groter dan ongeveer 1  ~ 1 mm voor de lithografie is, wordt het geadviseerd om het wafeltje in 1  ~ te splijten 1 cmspaanders. Dit het splijten kan worden gedaan manueel gebruikend een diamantschrijver, maar de gebruiker zou de oppervlakte moeten blazen droog met een stikstofkanon om het blijven siliciumdeeltjes uit de oppervlakte te verwijderen.

Het Spinnen HSQ op Silicium

  1. Het siliciumchip wordt opgezet op de rotatieklem. 100CB rotatiecoater van de Wetenschappen van de Brouwer is gebruikt. De apparatuur wordt getoond in Figuur 1.
  2. De hoekige versnelling wordt geselecteerd. Een waarde van 10 krpm/seconden zal een verhoging aan de definitieve hoeksnelheid binnen 1 seconde verzekeren. De Hoge hoekige versnelling resulteert in dunnere films.
  3. Kies de hoeksnelheid of rotatiesnelheid en totale duur van de spinner. Een referentiepunt geven dat, dat bij krpm 6 voor 31 seconden spint, een 10 krpm/seconde een eerste helling gebruikt, en een 0.6% oplossing HSQ gebruikt zoals die in de bovengenoemde procedure aangaande een ~1 spaander van cm2 Si wordt gespecificeerd, resulteert in een dikte van de 12 NMfilm.
  4. Na het aan de lucht drogen, meet de filmdikte. Één mogelijk hulpmiddel voor dit is een Woollam m-2000 H Spectroscopische Ellipsometer (λ= 240-1000 die NM), bij weerslag 70 in werking worden gesteld  ‹. Deze apparatuur wordt getoond in Figuur 2.

Figuur 1. CEE100 Coater van de Rotatie.

Figuur 2. Spectrale Ellipsometer.

Blootstelling in ORION PLUS

De Richtlijnen voor vestiging worden een lithografische blootstelling in HEM hieronder verstrekt. Deze richtlijnen kunnen op om het even welke lithografietaak worden toegepast.

  1. Zorg ervoor dat er een doel voor zich straal het concentreren en stigmation dichtbij het blootstellingsgebied zijn. Bijvoorbeeld, kan een diamantschrijver worden gebruikt om een krasteken dichtbij één hoek van de spaander te zetten.
  2. De steekproef wordt geladen en aan een gebied van het concentrerende doel naast het gewenste blootstellingsgebied genavigeerd. Dit zou het eind van een schrijverskras kunnen zijn zeer dichtbij het centrum van de spaander. Nadruk en stigmate.
  3. Terwijl het gebruiken van een externe patroongenerator, schakelaar aan externe controle van binnen ORION PLUS gebruikersinterface (UI) zoals aangetoond in Cijfers 3 en 4. Controleer de voltagepolariteit bij de blankeractivering voor de patroongenerator om te besluiten of om blanker actieve hoogte of blanker actieve laag in ORION PLUS UI te selecteren.
  4. Gebaseerd op de patroongenerator, kunnen er ook extra te plaatsen parameters zijn. Met Nabity NPGS, bijvoorbeeld, moet men een „mag schaal“ parameter plaatsen gelijk aan ORION PLUS vergrotings ~- gebied van mening (in μm). Bijvoorbeeld, als het gebied van mening bij 1000 X 127 μm is, is de schaal van NPGS mag 127000. Ook, terwijl het gebruiken van de maximum dynamische waaier van straalafbuiging in NGPS, d.w.z. is } 10 V, het essentieel om ORION PLUS gebied van mening om te zijn dat verwacht door het patroondossier in NPGS dubbel te plaatsen. Anders, zal het patroon bij 50% schaal worden geschreven. De kaliberbepalingswaarde varieert ook gebaseerd op het type van afbuigingsversterkers in HEM.
  5. Het eerste patroon moet een dosisserie omvatten. De kritieke dosis voor blootstelling kan met verdunning HSQ en rotatiedikte variëren. Een voorbeeld gebiedsdosis is 30 μC/cm2. Een dosis van de voorbeeldlijn is 0.25 nC/cm. Een dosis van het voorbeeldpunt is 0.25 fC.

Figuur 3. Het bevel van de Controle van het Aftasten, onder het menu van het Systeem in ORION PLUS UI.

Figuur 4. Pop-up de controle van het Aftasten en gebruikersbericht.

Voorbereiding van „Zoute“ Ontwikkelaar

Gebruikend deze procedure, wordt een 500 ml oplossing in water van 1 % gew. van NaOH en 4 van % gew.- NaCl verkregen. Deze oplossing is een hoge contrastontwikkelaar voor HSQ. Het recept vereist gedeioniseerd (DI) water, de korrels van NaOH, korrelig NaCl in de vorm van lijstzout en een milligramschaal.

  1. Spoel a1L plastic fles met isopropyl alcohol (IPA) en toen DI water.
  2. Giet in 500 ml (500 g) DI water.
  3. Meet en giet in 5 g korrels van NaOH. NaOH is een hoog-concentratiebasis en moet zorvuldig worden behandeld.
  4. Meet uit en giet in 20 van g- NaCl. Beweeg het mengsel tot de totale ontbinding wordt bereikt.

Ontwikkeling

Om een kleine (~1  ~1 cm)2 steekproef te ontwikkelen, slechts is een klein ontwikkelaarvolume nodig. Dit is een eenvoudige en ongecompliceerde procedure, die enkel een paar notulen neemt.

  1. Vul Bijna een 10 mlPyrex beker met zoute ontwikkelaar.
  2. Dompel en houd de steekproef zacht met pincet in de ontwikkelaar voor min. Werveling 4 onder.
  3. Spoeling voor ongeveer 30 seconden in het runnen van DI water.
  4. Spoeling voor ongeveer 30 seconden met isopropyl alcohol.
  5. Droog met een stikstofkanon.

Inspectie van Resultaten

De Inspectie moet in SEM worden uitgevoerd. Dit verstrekt een goed contrast tussen het silicium en het materiaal HSQ. De Weergave de steekproef in HEM kan de kleinste eigenschappen wijzigen, zodat moet de metrologie van het vormen van resultaten die HEM gebruiken zorgvuldig worden gedaan.

Figuur 5 toont representatieve die resultaten voor een pijlerserie in 30 NM van HSQ wordt gevormd. Fig. 5 (a) toont een onderbelichte serie, waar slechts een gedeelte ontwikkelde pijlers zich bevindt blijft. Het Cijfer (b) toont een behoorlijk blootgestelde serie, en het Cijfer (c) toont een overgebelichte serie, waar de eigenschapgrootte is gegroeid.

Figuur 5 (a). De serie van de Pijler bij 0.25 fC per pijler wordt blootgesteld die.

Figuur 5 (B). De serie van de Pijler bij 0.42 fC per pijler wordt blootgesteld die.

Figuur 5 (c). De serie van de Pijler bij 0.70 fC per pijler wordt blootgesteld die.

Een illustratieve vergelijking van dit lithografieresultaat aan EBL. Figuur 6 toont een pijlerserie door 10 keV die EBL9 wordt gecreeerd.

Figuur 6. Veroorzaakte die de pijlerserie van de Elektronenstraal bij fC 24.88 per pijler wordt blootgesteld.

Terwijl deze pijlers in een dikkere (70 NM) laag HSQ werden gecreeerd, zijn er verschillen aan hoogtepunt. Eerst, is de minimumdosis om de volledige serie bloot te stellen 25 die keer hoger voor EBL voor het hoogteverschil wordt genormaliseerd. Het meest beduidend, is er een sterke afhankelijkheid van pijlergrootte van positie binnen de serie. De Pijlers meer dichtbij de rand van de serie zijn smaller. Dit vindt wegens het EBL nabijheidseffect plaats, waar de straal die in één vlek schrijft een dosis op naburige gebieden verleent. De histogram in Figuur 7 toont de strakkere distributie in grootte van HEM tot pijlers leidde.

Figuur 7. Histogrammen van de distributies van de pijlergrootte in HEM en EBL

Ongeveer Carl Zeiss

De Afdeling van Carl Zeiss NTS (de Systemen van de Nanotechnologie) is een waarde toevoegend integraal deel dat van die Carl Zeiss, en SEM, TEM, en de instrumenten van de Straal van het Deeltje worden ontworpen ontwikkelt produceert verkoopt onderhoudt om unieke hoogte te plaatsen - kwaliteitsnormen en klant geconcentreerde oplossingen te verstrekken voor de Halfgeleider, de Materiële Analyse en over de hele wereld de toepassings de gebieden van de Wetenschap van het Leven. De faciliteiten van de Ontwikkeling en van de productie zijn gebaseerd in Oberkochen (Duitsland), Peabody, DOCTORANDUS IN DE LETTEREN (de V.S.) en Cambridge (het UK).

Deze informatie is afkomstig geweest, herzien en die van materialen door Carl Zeiss NTS aangepast worden verstrekt.

Voor meer informatie over deze bron, te bezoeken gelieve Carl Zeiss NTS.

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

Last Update: 14. June 2013 09:14

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit