ייצור ננו-מבנה אטומי למעקב

המטרה הכוללת של הניסוי הבא היא לייצר מבני ננו סיליקון עם עקיבות לסריג האטומי באמצעות צמיחת מסכת תחריט תחמוצת מתכת ישירה ותחריט יונים תגובתי. הדיוק האולטימטיבי של הליך זה כולל הסרת אזורים מדויקים של שכבת פסיבציה של מימן על שבב סיליקון באמצעות קצה מיקרוסקופ מנהור סורק כשלב שני, משטח התבנית נחשף באמצעות תהליך שקיעת שכבה אטומית המפקיד באופן סלקטיבי טיטניום דו חמצני ופועל כמסכה נגד תחריט יונים תגובתי. לאחר מכן מבוצע תחריט יונים תגובתי על מנת להסיר סיליקון מפני השטח בכל האזורים למעט אלה שעוצבו בעבר.

התוצאות מראות את היכולת לייצר מבנים בגובה של עד 20 ננומטר עם ממדים קריטיים הרבה מתחת ל-10 ננומטר. היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני שיטות קונבנציונליות יותר כמו קרן אלקטרונית או ליתוגרפיה אופטית, הוא ששלבי המטרולוגיה הראשוניים ב-STM מספקים מידע בקנה מידה אטומי. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בננוטכנולוגיה, כגון מהן האינטראקציות המדויקות בין ננו-מבנים הממוקמים במיקומים מוגדרים היטב זה ביחס זה לזה?

בדרך כלל אנשים חדשים בשיטה זו יתקשו מכיוון שיש כל כך הרבה שלבים והזדמנויות לפגוע במדגם. אז חשבנו לראשונה על השיטה הזו כשניסינו למקסם את העובי של מסכות חריטה של צורן דו-חמצני, שכתבנו על סיליקון, באמצעות A FM וקצה STM באטמוספירה מחמצנת. במקום זאת, על ידי שילוב של ליתוגרפיה של מימן עם שקיעת שכבה אטומית, הצלחנו להשיג שליטה אווירית דומה תוך השגת מידה רבה יותר של חופש בכיוון הצמיחה.

הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית מכיוון שקשה ללמוד את שלבי ההעברה ומיקום הדפוס מכיוון שכל אדם חייב לבצע את הצעדים שלו בצורה נכונה ולהיות מסוגל להבין את הוראות מיקום המיקום. כדי להתחיל, הכינו והרכיבו שבב סיליקון 1 0 0 עם סימנים נאמנים במחזיק הדגימה של מיקרוסקופ מנהור סורק, ובצעו מחזור הבזק ופסיבציה כמתואר בפרוטוקול הטקסט הנלווה. לאחר מכן, העבירו את הדגימה למיקרוסקופ המנהור הסורק והביאו את הדגימה והקצה לטווח המנהור.

השתמש במצלמה עם עוצמת רזולוציה של יותר מ-20 מיקרון כדי לצלם תמונה אופטית ברזולוציה גבוהה של צומת דגימת קצה ולשנות את גודל התמונה האופטית כך שתייצג שחזור לא מעוות של הסימנים הנאמנים, עם מיקום הקצה שנצפה. לאחר מכן, תכנן את דפוסי ה-HDL שייווצרו, כולל דפוסי ניסוי ודפוסי זיהוי סרפנטין. שברו את הדפוסים הכלליים לצורות בסיסיות על מנת להגדיר את הווקטורים הבסיסיים שאחריהם יבוא הקצה.

בעת החלת תנאי HDL במצב AP ומצב FE, השתמש במידע סריג ממשטח הסיליקון. לקביעת נתיב הקצה האולטימטיבי, השתמשו ב- HDL מדויק מבחינה אטומית, הידוע גם בשם ליתוגרפיה במצב AP לאזורים קטנים או לאזורים הדורשים קצוות מדויקים אטומיים באמצעות היציאות הווקטוריות מהשלב הקודם. בצע HDL באמצעות ליתוגרפיה במצב פליטת שדה עבור אזורים גדולים עם הטיית דגימה של שבעה עד תשעה וולט, זרם של ננו אמפר אחד ו-0.2 מילי-קלוס לסנטימטר.

לאחר מכן, בצע מטרולוגיה של מיקרוסקופ מנהור סריקה על האזורים הרצויים בדוגמת HDL על ידי הדמיה עם הטיית דגימה של מינוס 2.25 וולט וזרם מנהור של 0.2 ננו אמפר. לאחר מכן נתק את הקצה מהדגימה והעבר את הדגימה בחזרה למנעול העומס. הגן על הדגימה על ידי מגע איתה עם מצע שטוח אינרטי כגון ספיר נקי לאחר הגנה, סגור את השסתומים לכל משאבה, ולאחר מכן הכנס גז חנקן לתא במהירות האפשרית.

כאשר החדר מאוורר, הסר את הדגימה מהמערכת. ראה כאן תקריב של מכלול מיגון הדגימה באמצעות פינצטה פוליטטרפלואורואתילן או טיטניום. העבר במהירות את הדגימה לטרנספורטר, תוך שמירה על הצד הקדמי של הדגימה מוגן.

התקן את המכסה מעל הדגימה והרכיב באופן רופף את מוביל הדגימה בלחץ. שטפו את הטרנספורטר בארגון אולטרה-טהור למשך דקה אחת, ולאחר מכן אטמו את מוביל הדגימה בלחץ חיובי קטן של ארגון. בצע שלבים אלה כדי להגן על הדגימה בין כל שלב בתהליך במצב זה.

המדגם יישאר יציב עד חודש. מחממים מראש את תא התצהיר של השכבה האטומית ל -100 מעלות צלזיוס. לאחר מכן פתח את מוביל הדגימה והשתמש בפינצטה ללא נירוסטה כדי להעביר במהירות לתא התצהיר.

שים לב למיקום ולכיוון של הדגימה ושבב הבקרה. סגור את החדר וטהר אותו באמצעות זרימת ארגון ולחץ של פחות מ- 0.2 מיליבר למשך שעה. לאחר מכן בצע 80 מחזורים חוזרים ונשנים של שקיעת שכבה אטומית כדי לגדל שכבה בעובי 2.8 ננומטר של טיטניה אמורפית על הדגימה באמצעות המתכון המתואר בפרוטוקול הטקסט הנלווה.

לאחר השלמתו, העבירו במהירות את הדגימה בחזרה לטרנספורטר וטהרו עם ארגון. לאחר הוצאת הדגימה מהטרנספורטר בצורה מאובטחת, התקן אותה במערכת A FM בשיטת הרכבה מכנית כגון clampמערכת או צ'אק ואקום. מקד את מצלמת ה-A FM על הדגימה ואתר את הסימונים הנאמנים על משטח הדגימה כדי ליישר את קצה ה-A FM לאזור שבו צפויים להימצא דפוסי ננו.

באמצעות מידע הגובה והפאזה ברזולוציה הגבוהה ביותר, סרוק את הדגימה עד לזיהוי אזורי תבנית האיתור. לאחר מכן צלם תמונה של האזורים הרצויים באמצעות איכות התמונה והרזולוציה הגבוהות ביותר שיש. לאחר הדמיית אזור העניין, הסר את הדגימה והנח אותה בחזרה לטרנספורטר מתחת לגז ארגון.

בזמן ההכנה לתחריט יונים תגובתי, יש לקרר את כור תחריט היונים התגובתי המצומד הקיבולי למינוס 110 מעלות צלזיוס. לאחר מכן הסר את הדגימה מהטרנספורטר וטען את הדגימה וכל שבבי הבקרה לתא האינדוקציה שלה. בעזרת משחה מוליכה ושאבו את החדר עד 7.5 פעמים 10 למינוס שישה מיליבר.

ייצב את המערכת למשך שלוש דקות, ואז הזרמת חמצן בשמונה סנטימטרים מעוקבים סטנדרטיים לדקה. הארגון ב -40 סנטימטר מעוקב סטנדרטי לדקה והגופרית משושה פלואוריד ב -20 סנטימטרים מעוקבים סטנדרטיים לדקה. פגע בפלזמה באמצעות פריקת RF של 150 וואט.

לאחר מכן שנה את זרימת הגז וחרוט למשך דקה אחת באמצעות קצבי זרימה של 52 סנטימטרים מעוקבים סטנדרטיים לדקה עבור גופרית הקס פלואוריד, שמונה סנטימטרים מעוקבים סטנדרטיים לדקה לחמצן לאחר תחריט יונים תגובתי. הנח את הדגימה בחזרה לטרנספורטר מתחת לגז ארגון. פתח את מוביל הדגימה והתקן היטב את הדגימה, תושבת ה-SEM.

לאחר מכן הכנס את מכלול הדגימה לתוך ה-SEM, שאב את התא ולאחר מכן אתר והתמקד בסמנים הנאמנים. התאם את מרחק העבודה לפי הצורך ומטב את המיקוד, הבהירות והניגודיות כדי למזער את שקיעת הפחמן על התבניות. מטב את המיקוד באמצעות תכונות לא חיוניות בקרבת מקום.

לאחר האופטימיזציה, זהה את מיקום הדפוס המשוער בדגימה. לאחר מכן עברו לתבניות ורכשו תוכנית, תצוגה, תמונות ומדידות. לאחר מכן בצע שגרת סגירה טיפוסית של מערכת SEM ופרק את הדגימה כפי שנקבע על ידי יצרן ה- SEM.

אבטח את הדגימה בחזרה לטרנספורטר מתחת לארגון. בשלב זה, הדגימות חזקות וניתן לאחסן אותן לפרק זמן בלתי מוגבל. מוצגות כאן תמונות מייצגות של מיקרוסקופ מנהור סריקה של דפוסי HDL שנוצרו במצב AP בלבד.

שילוב של מצבי AP ופליטת שטח שבהם נעשה שימוש במצב AP לכתיבת כל קצה ומצב פליטת שדה בלבד על מנת להשיג את ייצור המסכה הטוב ביותר. באמצעות דפוסי AP HDL, דרגה גבוהה של סלקטיביות חייבת להיות אפשרית באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי. גובה תחמוצת הטיטניום שהושקע על אזורי התבנית הושווה לתצהיר באזורי הרקע.

דגימה זו הראתה דגירה של כ-20 מחזורים עבור גידול הרקע הגבוה ביותר. כאן, שני דפוסי סרפנטין כתובים על גובה של 10 ננומטר באמצעות מצב FE HDL. על ידי סיבוב דוגמאות המילוי ב- 90 מעלות זו לזו, נוצרת רשת.

אותו דפוס מוצג כאן באמצעות FM בעקבות שקיעת המסכה של 2.8 ננומטר של תחמוצת טיטניום. בשל השפעות פיתול הקצה, קשה לפתור את הפתחים בתבנית. לאחר תחריט יונים תגובתי, כ-60% מהפתחים הרצויים הועברו למצע, מה שמצביע על כך שגודל וצפיפות דפוס זה הם בערך הגבול לייצור ננו-מבנה יעיל באמצעות מצב FE בלבד HDL לאחר שליטה.

טכניקה זו יכולה להיעשות תוך כשלושה ימים אם היא מבוצעת כראוי כאשר רוב הזמן מוקדש להכנת דגימת ואקום גבוהה במיוחד והובלה בין מיקומים במידת הצורך. בזמן ניסיון הליך זה, חשוב לשמור על הדגימות נקיות ולהגן על הרקע לאחר הליך זה. ניתן להשתמש בטכניקות אחרות כמו ליתוגרפיה של טביעת ננו כדי להגדיל את יכולות ייצור הננו של טכניקה זו.

לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לטפל בזהירות בדגימות כדי לייצר מבנים בקנה מידה ננומטרי יחיד. תמיד יש לנקוט באמצעי זהירות, כגון דילול גז בעת ביצוע תהליך זה. אחרת, עלול להיגרם נזק למערכות השאיבה של LD.