Fabrication of rainbow hologram with NanoMaker  Fabrication of Rainbow Hologram with NanoMaker
 NanoMaker  Скачать  Примеры Использования  Поддержка  Публикации  Контакты 
English      Russian
 NanoMaker
 Скачать
 Примеры Использования
 Совмещение и Послойная Литография
 Автоматическая Стыковка Полей Совмещением по Сетке Маркеров
 2D Коррекция Эффекта Близости
 3D Коррекция Эффекта Близости
 Сверхвысокое Разрешение
 Изготовление OVD
 Диффракционная Оптика
 Коррекция Динамических Искажений
 Управление AFM
 Интеграция с Лазерным Столом
 Прямое Осаждение Тонких Пленок
 Изготовление Сверхострых Игл
 Сканирующий Гелий-Ионный Микроскоп Orion
 Поддержка
 Публикации
 Контакты
Site search by Google
Рейтинг@Mail.ru  eXTReMe Tracker
Литография с помощью сканирующего гелий-ионного микроскопа Zeiss ORION

Литография с помощью сканирующего гелий-ионного микроскопа Zeiss ORION


В самом конце 2010 года Санкт-Петербургский Государственный университет приобрел наш продукт NanoMaker для установки на ионно-гелиевый микроскоп Orion® компании Zeiss SMT. В ходе инсталляции был выполнен ряд тестов (совместно с сотрудниками университета проф. О. Вывенко и др. Ю. Петровым) для оценки возможностей прибора в режимах управляемого травления подложки и экспонирования позитивного PMMA 950K резиста посредством сфокусированного пучка ионов гелия. Все тесты выполнялись при ускоряющем напряжении около 17 кВ. Диапазон токов ионного пучка так же был ограничен сверху величиной около 1 pA на 50 мкм диафрагме для достижения высокого разрешения.
Orion SIM tests
An example of milling of a gold film Orion SIM tests

Травление распылением (Milling)
Было предпринято несколько попыток травления (распыления) кремниевой подложки при различных токах и временах экспозиции (dwell time) в диапазоне 0.5-10 Кл/см2. Результат распыления наблюдали сразу же после экспозиции при значительно меньшей дозе облучения. К сожалению, травления поверхности кремния заметить не удалось. Вместо этого, при больших экспозициях наблюдалось контаминационное осаждение. Подобный отрицательный результат наблюдался также и при попытках травления толстой золотой пленки (толщина 100 нм).
Травления тонкой золотой пленки на углероде (gold resolution standard) удалось достичь при хорошей фокусировке пучка, т.е. при создании достаточной плотности тока. Пример контролируемого нанесения рисунка на золотую пленку путем ее травления приведен на Fig. 1. При токе 1 пА общее время создания такой картинки заняло чуть меньше 3 минут. Искажение последней буквы и подчеркивающей линии, заметное справа, объясняется кривизной поверхности золотой частички. Оценка чувствительности к распылению для этого случая дает ~ 106 Кл/см3.

Экспонирование резиста
Для экспонирования использовались кремниевые подложки с нанесенным на них позитивным резистом PMMA 950 K толщиной 150 нм. Экспонирование производилось при ускоряющем напряжении около 17 кВ и токе 0.5 пА. Шаги экспонирования были 4 нм.

Для начала были отрисованы два стандартных дозовых клина с различными временами экспозиции (dwell time) на точку - 1 мкс и 2 мкс для того чтобы оценить чувствительность резиста к облучению ионным пучком.

Fig. 1. Пример травления золотой пленки.
Разрешение лучше чем 10 нм легко достижимо.
Orion SIM tests Orion SIM tests

На Fig. 2 приведена фотография дозового клина для времени экспозиции 1 мкс на точку после 5 сек проявления снятая в оптическом микроскопе. Волнообразность поверхности клина объясняется флуктуацией тока зонда (из-за того, что гелий в баллоне был на исходе и система натекания пыталась регулировать давление с периодом примерно 15 секунд). Эксперимент показал значительно более высокую эффективность экспонирования резиста по сравнению с электронной литографией (более чем в 50 раз).
Orion SIM tests An optical microscope 
      image of the dose wedge
Fig. 2. Изображение клина в оптическом микроскопе
Orion SIM tests Orion SIM tests Orion SIM tests
An optical microscope 
      image of a resolution test structure Для оценки разрешения метода ионной литографии при данных параметрах микроскопа и экспонируемого образца (подложки с резистом 150 нм толщины) была выбрана структура, содержащая наборы длинных периодически повторяющихся линий шириной 700 нм, 400 нм, 200 нм и 100 нм. Доза всех элементов структуры была равна 100%.
Структура была экспонирована дважды с различными временами экспозиции (dwell time) на точку - 1.5 мкс и 1.7 мкс. Время проявления составило 15 сек. При инспекции проявления в оптическом микроскопе с х1000 увеличением отчетливо наблюдались 700 нм, 400 нм и 200 нм линии обеих структур. На Fig. 3 представлена фотография в оптическом микроскопе структуры с 1.7 мкс временем экспозиции на точку.

Для наблюдения в ионном микроскопе на поверхность резиста была нанесена 5 нм золото-палладиевая пленка.
При этом обнаружено, что для структуры с временем экспозиции (dwell time) на точку 1.5 мкс наблюдается недопроявление во всех 100 нм, 200 нм, 400 нм и в 700 нм линиях, но выдержаны латеральные размеры. Примеры изображений на Fig. 4 - центральная часть структуры и Fig. 5 - 100 нм линии.
В другой структуре, где время экспозиции (dwell time) на точку составляло 1.7 мкс, наблюдается проявление до дна в 700 нм и в 400 нм линиях, в 200 нм наблюдается недопроявление, в 100 нм недопроявление и уход латеральных размеров на 16-18 нм. Примеры изображений на Fig. 6 - центральная часть структуры, на Fig. 7 - 100 нм линии, на Fig. 8 - 200 нм линии, на Fig. 9 - 400 нм линии.

Fig. 3. Изображение структуры для оценки разрешения, полученное в оптическом микроскопе.
Время экспозиции (dwell time) на точку 1.7 мкс

Все фотографии сняты с наклоном образца 30 град. Заметим, что волнообразность поверхности клина хорошо видимая для эпонироанных структур (Fig. 2) в оптическом микроскопе едва заметна при диагностическом обзоре в ионном микроскопе.
Orion SIM tests Orion SIM tests
SIM image of 100 nm lines SIM image of exposed structure
Orion SIM tests Fig. 4. Изображение центральной области структуры.
Время экспозиции на точку 1.5 мкс
Orion SIM tests Orion SIM tests
Fig. 5. Изображение в ионном микроскопе 100 нм линий.
Время экспозиции на точку 1.5 мкс
Orion SIM tests
SIM image of 100 nm lines SIM image of structure central part
Orion SIM tests Fig. 6. Изображение центральной области структуры.
Время экспозиции на точку 1.7 мкс
Orion SIM tests Orion SIM tests
Fig. 7. Изображение в ионном микроскопе 100 нм линий.
Время экспозиции на точку 1.7 мкс
Orion SIM tests
SIM image of 200 nm lines SIM image of 400 nm lines
Orion SIM tests Fig. 9. Изображение в ионном микроскопе 400 нм линий.
Время экспозиции на точку 1.7 мкс
Мы произвели моделирование рассеяния пучка ионов гелия в PMMA резисте с помощью программы TRIM (James F. Ziegler, http://www.srim.org/). При ускоряющем напряжении 17 кВ бесконечно тонкий пучек ионов гелия в 150 нм PMMA резисте на границе с кремнием рассеивается до диаметра 100 нм. Что в принципе согласуется с нашим экспериментом и ограничивает разрешение метода при данных параметрах системы микроскоп-образец.
Fig. 8. Изображение в ионном микроскопе 200 нм линий.
Время экспозиции на точку 1.7 мкс

Как следует из результатов экспонирования дозового клина, используемый нами метод облучения резиста ионным пучком обладает очень высокой чувствительностью к вариации дозы. Мы попытались воспользоваться этим для того, чтобы создать трехмерную структуру в 150 нм резисте. В качестве исходного рисунка был выбран герб Университета. Битовая картинка был импортирована в NanoMaker как "DoseMap" структура. Дозовый диапазон был скорректирован с помощью метода Transform by Formula так, что доза облучения на точку была пропорциональна уровню серости картинки. Размер структуры был выбран около 66 мкм х 66 мкм, т.е. таким образом, чтобы наименьшие детали изображения составляли около 100 нм. Было экспонировано несколько структур с небольшой вариацией времени экспозиции (dwell time) на точку. На Fig 10 и Fig. 11 приведены фотографии одной из результирующих структур, снятых в оптическом и ионном микроскопах, соответственно. Фотография в ионном микроскопе снята с наклоном образца 45 град.

An optical microscope image of 3D structure Orion SIM tests Отчетливо видно влияние флуктуации тока зонда.
An optical microscope image of 3D structure SIM image of the 3D structure
Fig. 10. Изображение в оптическом микроскопе 3D структуры в ПММА резисте 150 нм толщины Orion SIM tests
Заключение
Продемонстрировано высокое разрешение в режиме травления, оценка чувствительности к травлению составляет ~ 106 Кл/см3. Исследовано экспонирование позитивного резиста к облучению ионным пучком, определена чувствительность резиста. Была показана значительно более высокая эффективность экспонирования резиста по сравнению с электронной литографией, однако, при 17 кВ ускоряющего напряжения разрешение оказалось ниже, что связано с большим латеральным рассеянием на толщинах 150 нм.
Fig. 11. Изображение той же структуры в ионном микроскопе
Опубликовано: 17 февраля 2011
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   
 
    Copyright © 2002-2017 Interface Ltd. & IMT RAS