Usando um Microscópio de Íon do Hélio Para Criar Testes Padrões Litográficos de Nanoscale

Por Editores de AZoNano, os Detalhes Experimentais forneceram por Donny Winston do Laboratório de NanoStructures em Massachusetts Institute of Technology

Índice

Introdução
Materiais e Equipamento
Preparação da Amostra
Preparação de HSQ Diluído
Preparação de Bolachas de Silicone Limpas
HSQ de Giro no Silicone
Exposição no ORION MAIS
Preparação do Revelador “Salgado”
Revelação
Inspecção dos Resultados
Sobre Carl Zeiss

Introdução

Para usar feixes do elétron ou de íon para criar nano-testes padrões os três métodos que são usados tipicamente incluem a trituração do feixe de íon, a química induzida feixe (depósito e gravura em àgua forte), e a litografia induzida feixe. Irradie a litografia induzida é o mais de uso geral para criar moldes úteis para a fabricação de uma escala dos dispositivos.

Esta nota de aplicação fornece instruções para a escrita, a preparação, e testes padrões tornando-se em filmes do silsesquioxane (HSQ) do hidrogênio. Este é um fotoresistente negativo amplamente usado do feixe de elétron do tom. Estes procedimentos de modelação podem facilmente ser executados em um laboratório bem-equipado mesmo onde então não há nenhuma ferramenta detalhada da litografia disponível. O procedimento descrito é usado em um microscópio de íon do hélio (HIM). A revelação e a documentação das etapas dadas abaixo foram fornecidas por Donny Winston do Laboratório de NanoStructures em Massachusetts Institute of Technology.

Materiais e Equipamento

Para preparar uma amostra de HSQ no silicone, os materiais exigidos estão listados abaixo:

  • Uma bolacha de silicone. O procedimento desenvolvido nesta experiência era com as bolachas que têm as seguintes especificações:
  • 3" diâmetro (de 75mm)
  • 356-406 espessura do μm
  • 1-100 resistividade Ω-Cm
  • <100> orientação
  • As bolachas novas ou recuperadas podem ser utilizadas
  • HSQ no solvente de MIBK. Um tal produto é XR-1541-006 (Dow Corning).
  • MIBK Adicional se a diluição é desejada. Um mais solução diluída de HSQ conduzirá a um filme mais fino (por exemplo solvente da lavagem da categoria do semicondutor do Dow MIBK, Dow Corning).
  • Refrigerador do Laboratório
  • Capa das Emanações
  • Coater da Rotação
  • Ellipsometer
  • Laboratório-mercadorias e solventes Padrão da química, como mencionado abaixo
  • O equipamento Adicional pode ser necessário se a recuperação da bolacha é parte do procedimento.

Preparação da Amostra

Para preparar a oposição revestiu a bolacha para a litografia, as três etapas a ser seguidas é detalhada abaixo:

Preparação de HSQ Diluído

Conforme este procedimento, 10 mL de uma diluição do 10:1 de uma solução dos sólidos HSQ de 6% são preparados. A diluição resultante permitirá às espessuras de filme tão baixas quanto 12 o nanômetro. Todo O trabalho químico deve ser feito em uma capa das emanações para evitar a inalação e derramar os perigos associados com os solventes tais como MIBK.

  1. Remova HSQ do refrigerador.
  2. Obtenha MIBK para a diluição.
  3. Recolha junto um cilindro graduado plástico tal como um No. 3663-0010 do CAT de 10 mL Nalgene, um funil plástico para derramar a solução de HSQ e o MIBK no cilindro graduado, uma garrafa plástica para armazenar a diluição tal como uma garrafa do LDPE de 30 mL Nalgene com tampão do conta-gotas, e uma garrafa do desperdício do solvente com funnel6.
  4. O cilindro graduado e o funil têm que ser limpados com a acetona, então álcool do metanol, então o isopropílico (IPA), e secam-na então com uma arma do nitrogênio. A Acetona é um solvente agressivo dos produtos orgânicos. O Metanol é solúvel na acetona, e IPA é solúvel no metanol. IPA evapora ràpida e limpa. Caso que o cilindro e o funil têm sido limpados previamente, uma lavagem de IPA seguida pela secagem da nitrogênio-arma é suficiente.
  5. A garrafa tem que ser limpada com sucessivo enxaguando isso inclui a agitação vigorosa da garrafa selada com acetona, metanol, e IPA. Finalmente, lavagem com MIBK.
  6. Meça para fora 1 mL da solução de HSQ e derrame-o então na garrafa.
  7. Meça 9 mL do MIBK e derrame-os então na garrafa. Além Disso, os derramamentos podem ser abrandados usando uma limpeza fabuloso como um babador para a garrafa.
  8. Roda a garrafa delicadamente para que 1 minuto misture a solução de sólidos de 0.6%.
  9. Enxágüe o funil e o cilindro graduado com IPA.
  10. Coloque a solução do HSQ do fabricante no refrigerador.
  11. Coloque a amostra no refrigerador até o minuto 10 antes que você planeiem o usar. A solução tem que ser mantida na temperatura ambiente antes de girar.

Preparação de Bolachas de Silicone Limpas

Para a etapa da litografia, uma bolacha recuperada ou nova pode ser usada. Para limpar recuperou bolachas de silicone, de “a limpeza RCA: O” processo SC1 + SC2 é recomendado.

Caso que uma bolacha limpa estêve armazenada no fluoroware para mais do que algumas horas ou se a contaminação de superfície está suspeitada, tais contaminações podem ser removidas gravura a água-forte do plasma do oxigênio, referida geralmente como “incinerando”.

É microplaquetas re-limpas desejáveis um pouco do que uma bolacha inteira, uma bolacha do portador pode ser exigida para apoiar as microplaquetas no calcinador, assunto ao projecto do calcinador. Um calcinador da microonda que opera-se em 2,45 Gigahertz tem sido usado previamente. Um calcinador que usa a potência do RF pode igualmente trabalhar perfeitamente. Os parâmetros de incineração são o fluxo em 500 mL/min, do oxigênio potência 1000 de W por 5 Min.

Se não há nenhuma exigência para ~ maior do  da área um do que aproximadamente 1 1 milímetro para a litografia, recomenda-se fender a bolacha em 1 ~ do  microplaquetas de 1 cm. Isto que fende-se pode ser feito manualmente usando um escrevente do diamante, mas o usuário deve fundir a superfície seca com uma arma do nitrogênio para remover as partículas restantes do silicone da superfície.

HSQ de Giro no Silicone

  1. O chip de silicone é montado no mandril da rotação. Um coater da rotação 100CB das Ciências do Cervejeiro foi usado. O equipamento é mostrado em Figura 1.
  2. A aceleração angular é seleccionada. Um valor de 10 krpm/segundos assegurará um aumento à velocidade angular final dentro de 1 segundo. Resultados angulares Altos da aceleração em filmes mais finos.
  3. Escolha a velocidade angular ou gire a velocidade e a duração total do girador. Para dar um ponto de referência, girando no krpm 6 para o segundo 31, usando umas 10 rampas iniciais do krpm/segundo, e usando uma solução de 0.6% HSQ como especificado no procedimento acima em uma microplaqueta do Si2 de ~1 cm, conduz a uma espessura de filme de 12 nanômetro.
  4. Após secar, meça a espessura de filme. Uma ferramenta possível para esta é um Woollam M-2000 H Ellipsometer Espectroscópica (λ= 240-1000 nanômetro), operado na incidência do ‹de 70 . Este equipamento é mostrado em Figura 2.

Figura 1. Coater da Rotação CEE100.

Figura 2. Ellipsometer Espectral.

Exposição no ORION MAIS

As Directrizes para estabelecer uma exposição litográfica no ELE são fornecidas abaixo. Estas directrizes podem ser aplicadas a toda a tarefa da litografia.

  1. Certifique-se de que há um alvo para a focalização e o stigmation do feixe perto da área de exposição. Por exemplo, um escrevente do diamante pode ser utilizado para pôr uma marca de risco perto de um canto da microplaqueta.
  2. A amostra é carregada e navegada a uma área do alvo de focalização junto à área de exposição desejada. Esta podia ser a extremidade de um risco do escrevente muito perto do centro da microplaqueta. Foco e stigmate.
  3. Ao usar um gerador de teste padrão externo, comute ao controle externo de dentro do ORION MAIS a interface de utilizador (UI) segundo as indicações de Figuras 3 e 4. Verifique a polaridade da tensão na activação do blanker para ver se há o gerador de teste padrão para decidir se seleccionar a elevação activa do blanker ou o ponto baixo activo do blanker no ORION MAIS UI.
  4. Baseado no gerador de teste padrão, pode igualmente haver uns parâmetros adicionais a ajustar-se. Com o Nabity NPGS, por exemplo, um deve ajustar do “um parâmetro da escala mag” igual ao ORION MAIS o campo de visão do ~ do  da ampliação (no μm). Por exemplo, se o campo de visão em X 1000 é o μm 127, a escala do mag de NPGS é 127000. Também, ao usar o alcance dinâmico máximo da deflexão de feixe em NGPS, isto é } 10 V, ele são essenciais ajustar o ORION MAIS o campo de visão para ser dobro isso esperado pela lima do teste padrão em NPGS. Se Não, o teste padrão será escrito na escala de 50%. O valor da calibração igualmente varia baseado no tipo de amplificadores da deflexão no O.
  5. O primeiro teste padrão deve incluir uma disposição da dose. A dose crítica para a exposição pode variar com diluição de HSQ e girar a espessura. Uma dose regional do exemplo é 30 μC/cm2. Uma linha dose do exemplo é 0,25 nC/cm. Uma dose do ponto do exemplo é 0,25 fC.

Figura 3. comando de Controle da Varredura, sob o menu de Sistema no ORION MAIS UI.

Figura 4. PNF-acima do controle de Varredura e notificação do usuário.

Preparação do Revelador “Salgado”

Usando este procedimento, uma solução aquosa de 500 mL de 1 WT % de NaOH e de 4 WT % de NaCl é obtida. Esta solução é um revelador do contraste alto para HSQ. A receita exige a água (DI) de-ionizada, as pelotas do NaOH, o NaCl granulado sob a forma do sal de tabela e uma escala do miligrama.

  1. Enxágüe um 1 Litro garrafa plástica com álcool isopropílico (IPA) e então DI água.
  2. Derrame dentro 500 mL (500 g) DI água.
  3. Meça e derrame dentro 5 g das pelotas do NaOH. O NaOH é uma base da alto-concentração e precisa de ser segurado com cuidado.
  4. Meça para fora e derrame dentro o NaCl de 20 g. Agite a mistura até que a dissolução total for conseguida.

Revelação

Para desenvolver (~1  ~1 cm)2 uma amostra pequena, somente um volume pequeno do revelador é necessário. Este é um procedimento simples e directo, tomando apenas algumas actas.

  1. Encha Quase uma taça de 10 Pyrex do mL com o revelador salgado.
  2. Mergulhe e guardare a amostra com a pinça no revelador para um Redemoinho de 4 Min. delicadamente.
  3. Lavagem para o segundo aproximadamente 30 em executar DI água.
  4. Lavagem para o segundo aproximadamente 30 com álcool isopropílico.
  5. Seque com uma arma do nitrogênio.

Inspecção dos Resultados

A Inspecção deve ser executada em SEM. Isto fornece um bom contraste entre o silicone e o material de HSQ. A Imagem Lactente a amostra no ELE pode alterar as características as mais minúsculas, assim que a metrologia dos resultados de modelação que usam O deve ser feita com cuidado.

Figura 5 resultados representativos das mostras para uma disposição da coluna modelada em 30 nanômetro de HSQ. Fig. 5 (a) mostra uma disposição expor insuficientemente, onde somente uma parcela das colunas desenvolvidas permaneça estando. A Figura (b) mostra uma disposição correctamente expor, e a Figura (c) mostra uma disposição overexposed, onde o tamanho de característica cresça.

Figura 5 (a). Disposição da Coluna expor em 0,25 fC pela coluna.

Figura 5 (b). Disposição da Coluna expor em 0,42 fC pela coluna.

Figura 5 (c). Disposição da Coluna expor em 0,70 fC pela coluna.

Uma comparação ilustrativa deste resultado da litografia a EBL. Figura 6 mostras uma disposição da coluna criada por 10 keV EBL9.

A Figura 6. Feixe de Elétron produziu a disposição da coluna expor no fC 24,88 pela coluna.

Quando estas colunas foram criadas (70 nanômetro) em uma camada mais grossa de HSQ, há umas diferenças a destacar. Primeiramente, a dose mínima para expr a disposição inteira é 25 vezes mais altamente para EBL normalizada para a diferença da altura. O mais significativamente, há uma dependência forte do posição de functionamento do tamanho da coluna dentro da disposição. As Colunas mais próximo a borda da disposição são mais estreitas. Isto ocorre devido ao efeito de proximidade de EBL, onde a escrita do feixe em um ponto dá uma dose em áreas vizinhas. O histograma em Figura 7 mostra que a distribuição mais apertada em tamanho do ELE criou colunas.

Figura 7. Histogramas de distribuições de tamanho da coluna nELE e em EBL

Sobre Carl Zeiss

A Divisão de Carl Zeiss NTS (Sistemas da Nanotecnologia) é um valor que adiciona a parte integrante de Carl Zeiss que torna-se, os instrumentos do Feixe de Partícula produzindo, vendendo e prestando serviços de manutenção SEM, TEM, e projetados ajustar padrões de alta qualidade originais e fornecer soluções focalizadas cliente para os campos da aplicação do Semicondutor, da Análise Material e da Ciência da Vida mundiais. A Revelação e as instalações de produção são baseadas em Oberkochen (Alemanha), em Peabody, em MILIAMPÈRE (EUA) e em Cambridge (REINO UNIDO).

Esta informação foi originária, revista e adaptada dos materiais fornecidos por Carl Zeiss NTS.

Para obter mais informações sobre desta fonte, visite por favor Carl Zeiss NTS.

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

Last Update: 14. June 2013 09:44

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