Patterning via ottici saturabili Transitions - fabbricazione e la caratterizzazione

L'obiettivo generale del seguente esperimento è quello di fabbricare nanostrutture a lunghezza d'onda inferiore utilizzando una nuova tecnica litografica ottica a fotone singolo. Ciò si ottiene applicando prima uno strato di una molecola fotocromatica su un substrato di silicio. In una seconda fase, il campione viene irradiato con luce ultravioletta a lunghezza d'onda corta, che converte gli isomeri ad anello aperto in isomeri ad anello chiuso.

Successivamente, il campione viene illuminato con un'onda stazionaria per riconvertire le molecole nella forma ad anello aperto, tranne che nelle immediate vicinanze dei nodi. Saturando otticamente questa transizione, le molecole nell'isomero ad anello chiuso rimangono in una regione che è molto più piccola del limite di diffrazione del campo lontano. Infine, il campione viene posto in un solvente polare in cui l'isomero dell'anello chiuso si dissolve a una velocità maggiore rispetto all'isomero dell'anello aperto, lasciando dietro di sé i risultati della topografia su scala nanometrica, che mostrano che il patterning tramite transizioni ottiche saturabili è una tecnica alternativa di nano patterning ottico per ottenere caratteristiche di lunghezza d'onda inferiore.

I principali vantaggi di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti come la litografia a scansione a fascio di elettroni sono che il patterning tramite transizioni ottiche può essere ordini di grandezza più veloce, fornire un pattern più preciso ed essere più semplice ed economico da implementare. A dimostrare la procedura sarà il prezioso Cantu, uno studente laureato del mio laboratorio. Questo protocollo richiede che tutti i passaggi vengano eseguiti in una camera bianca di classe 100 o superiore.

Per preparare il campione per il blocco della dissoluzione, iniziare con un wafer di silicio da due pollici che è stato pulito con una soluzione di mordenzatura di ossido tamponato ed essiccato con azoto secco con wafer in mano, procedere alla fase di evaporazione termica. Questo laboratorio utilizza un evaporatore a bassa temperatura personalizzato, carica il wafer nel portacampioni dell'evaporatore, quindi monta il supporto sull'evaporatore. Per questo protocollo, una barca di ossido di alluminio è stata riempita con 30 milligrammi di BTE.

Carica questa barca nella fonte. Bene dell'evaporatore procedere sigillando le porte della camera e pompando la camera fino ad una pressione di base di 10 al sei negativo. Tor quindi evapora il BTE a una temperatura di set point di 100 gradi Celsius con uno spessore del film di circa 30 nanometri.

Immediatamente dopo che il processo di evaporazione è completo e il sistema può essere aperto, smontare il campione. Quindi portalo a caricarlo in una scatola a guanti con un ambiente di azoto e una lampada UV. Qui il campione è stato caricato nel vano portaoggetti.

Nel vano portaoggetti. Il campione deve essere posizionato sotto la luce UV per l'inondazione di illuminazione. Illuminare il campione con UV per cinque minuti per trasformare il BTE in forma chiusa.

Dopo l'illuminazione UV, prelevare una parte del campione da caratterizzare. A tale scopo, utilizzare un graffio a forma di diamante per definire una piccola regione tracciando una linea dal bordo della superficie di silicio. Quindi afferra il wafer su entrambi i lati della linea e piegalo verso il basso finché non si rompe lungo il piano del cristallo.

La parte più piccola verrà utilizzata per la caratterizzazione dopo essere stata rimossa dal vano portaoggetti. Portare il piccolo pezzo di campione su un profilometro per convalidare lo spessore del film BTE. Per effettuare la misurazione, utilizzare una pinzetta a bordo sottile per graffiare la superficie del wafer sul campione.

Quindi misura l'altezza del gradino da questo graffio. Dopo aver misurato lo spessore della pellicola BTE, rimettere il campione nella scatola a guanti per prepararlo all'esposizione. Lavorare nell'atmosfera inerte del vano portaoggetti.

Usa un graffietto a diamante per spaccare il wafer e romperne un pezzo per l'esposizione. In questo caso, il pezzo è di circa un centimetro quadrato. Metti via il pezzo più grande e procurati un portacampioni in atmosfera inerte.

Caricare il campione di esposizione nel supporto del campione. Prepararsi a rimuovere il portacampioni dalla scatola dei guanti. Quando è pronto, rimuovere il portacampioni dalla scatola a guanti per portarlo all'interferometro.

Sul supporto dell'interferometro, il supporto del campione in atmosfera inerte sullo stadio del campione. Dopo che è in posizione, collegare una linea di azoto al supporto del campione. Aprire la porta sul portacampioni per spurgare il campione con azoto.

Quindi chiudere la porta. Mantenere la linea dell'azoto in posizione. Utilizzare l'interferometro per esporre il campione per l'esposizione desiderata.

Tempo Dopo l'esposizione con l'interferometro, rimuovere l'atmosfera inerte, il portacampione e il suo campione. Trasportali di nuovo nel vano portaoggetti e mettili all'interno. Con il campione nella scatola a guanti, procuratevi un becher di vetro pulito contenente 100 millilitri di glicole etilenico.

Rimuovere il campione esposto dal supporto e posizionarlo nel becher per il tempo di posa desiderato. Trascorso il tempo di posa, rimuovere il campione dalla beag. Si asciugherà rapidamente nell'atmosfera di azoto.

Quindi, il prima possibile, montare il campione per l'illuminazione con luce UV ed esporlo per cinque minuti. Questo è un grafico dello spessore degli strati molecolari rispetto al tempo di sviluppo per le due forme di molecole di BTE. I dati per il modulo aperto sono collegati da una linea blu.

I dati per il modulo chiuso sono collegati da una linea rossa. Il grafico dimostra la maggiore solubilità della molecola in forma chiusa nei solventi polari. Per raccogliere questi dati, metà di un campione è stato convertito in forma chiusa e l'altra metà in forma aperta.

Il campione è stato sviluppato in glicole etilenico per diversi tempi di sviluppo, quindi lo spessore dello strato rimanente è stato misurato con un profilometro. Ecco le immagini al microscopio elettronico a scansione di campioni di pattern da esposizioni a sviluppo singolo eseguite nel portacampioni in atmosfera inerte. Le dimensioni delle caratteristiche sono 196 nanometri, 160 nanometri e 85 nanometri.

L'ultimo corrisponde a una larghezza della linea di circa lambda. Oltre 7.4. I dati di diverse esposizioni sono mostrati con croci in un grafico della larghezza della linea rispetto al tempo di esposizione.

Per confronto, la curva del blu rappresenta la previsione di un modello semplice, assumendo un'illuminazione sinusoidale incidente con un periodo di 457 nanometri e utilizzando la soglia di esposizione come unico parametro di adattamento. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come implementare il pattern a super risoluzione tramite transizioni ottiche bili.