光可飽和遷移を経由してパターニング - 作製と特性評価

次の実験の全体的な目標は、新しい単一光子光リソグラフィー技術を使用してサブ波長ナノ構造を作製することです。これは、最初にシリコン基板上にフォトクロミック分子の層を適用することによって達成されます。第2のステップとして、サンプルに短波長の紫外線を照射し、開環異性体を閉環異性体に変換します。

次に、サンプルに定在波を照射して、ノードの近くを除いて分子を開いたリング状に戻します。この遷移を光学的に飽和させることにより、閉環異性体の分子は、遠方場回折限界よりもはるかに小さい領域に留まります。最後に、サンプルを極性溶媒に入れ、閉じたリング異性体が開いたリング異性体よりも速い速度で溶解し、ナノスケールのトポグラフィー結果が得られることから、光可飽和遷移によるパターニングが、サブ波長の特徴を得るための代替の光学ナノパターニング技術であることを示しています。

この手法が走査型電子ビームリソグラフィーなどの既存の方法と比較した場合の主な利点は、光学的可逆遷移によるパターニングが桁違いに速く、より正確なパターニングを提供し、実装が簡単で安価であることです。その手順を実演するのは、私の研究室の大学院生である貴重なカントゥさんです。このプロトコルでは、すべてのステップをクラス100以上のクリーンルームで実行する必要があります。

溶出ロック用のサンプルを準備するには、緩衝酸化物エッチング溶液で洗浄し、ウェーハを手にして乾燥窒素で乾燥させた2インチのシリコンウェーハから始めて、熱蒸発ステップに進みます。このラボでは、カスタムの低温蒸発器を使用し、ウェーハを蒸発器のサンプルホルダーにロードしてから、ホルダーを蒸発器に取り付けます。このプロトコルでは、酸化アルミニウムボートに30ミリグラムのBTEが充填されています。

このボートをソースに積み込みます。蒸発器の井戸は、チャンバーポートを密閉し、チャンバーを10からマイナス6の基本圧力までポンプで送ることによって進行します。次に、Torは、約30ナノメートルの膜厚で摂氏100度の設定温度でBTEを蒸発させます。

蒸発プロセスが完了し、システムを開いてサンプルをアンマウントできる直後に、サンプルをアンマウントできます。次に、窒素環境とUVランプを備えたグローブボックスにロードします。ここでは、サンプルがグローブボックスにロードされています。

グローブボックスの中。サンプルは、フラッドイルミネーションフラッドのUVライトの下に配置する必要があります。サンプルをUVで5分間照らして、BTEを閉じた形に変換します。

UV照射後、サンプルの一部を採取して特性評価します。これを行うには、ダイヤモンドスクライブを使用して、シリコン表面の端から線を引っ掻くことにより、小さな領域を定義します。次に、ラインの両側でウェーハをつかみ、結晶面に沿って壊れるまで下に曲げます。

小さい部分は、グローブボックスから取り出された後、特性評価に使用されます。サンプルの小片をプロファイラー(表面形状測定機)に持って行き、BTE膜厚を検証します。測定を行うには、細かいエッジピンセットを使用して、サンプルのウェーハ表面に傷を付けます。

次に、このスクラッチからステップの高さを測定します。BTE膜厚を測定した後、グローブボックス内のサンプルに戻って露光の準備をします。グローブボックスの不活性な雰囲気の中での作業。

ダイヤモンドスクライブを使用してウェーハを劈開し、ピースを壊して露光します。この場合、ピースは約1平方センチメートルです。大きい方のピースを片付けて、不活性雰囲気のサンプルホルダーを入手します。

露光サンプルをサンプルホルダーにロードします。サンプルホルダーをグローブボックスから取り外す準備をします。準備ができたら、サンプルホルダーをグローブボックスから取り外して、干渉計に持っていきます。

干渉計マウントでは、サンプルステージ上の不活性雰囲気サンプルホルダー。所定の位置になったら、サンプルホルダーに窒素ラインを取り付けます。サンプルホルダーのポートを開いて、サンプルを窒素でパージします。

次に、ポートを閉じます。窒素ラインを所定の位置に保ちます。干渉計を使用して、サンプルを目的の露光で露光します。

時間干渉計にさらした後、不活性雰囲気、サンプルホルダー、およびそのサンプルを取り出します。それらをグローブボックスに戻し、中に入れます。サンプルをグローブボックスに入れた状態で、100ミリリットルのエチレングリコールを含むきれいなガラスビーカーを入手します。

露出したサンプルをホルダーから取り出し、ビーカーに希望の現像時間だけ入れます。現像時間が経過したら、サンプルをビーグから取り出します。窒素雰囲気中ですぐに乾燥します。

その後、できるだけ早く、UV光で照明するためにサンプルをマウントし、5分間露光します。これは、2つの形態のBTE分子の分子層の厚さと開発時間のプロットです。開いているフォームのデータは青い線で結ばれています。

閉じたフォームのデータは赤い線で結ばれています。このプロットは、極性溶媒における閉型分子のより高い溶解度を示しています。このデータを収集するために、サンプルの半分を閉じた形式に変換し、残りの半分を開いた形式に変換しました。

サンプルは、エチレングリコール中で数回の異なる現像時間で現像し、残りの層の厚さをプロフィロメーターで測定しました。これは、不活性雰囲気サンプルホルダーで行われた単一の現像露光からのパターンサンプルの走査型電子顕微鏡画像です。特徴サイズは196ナノメートル、160ナノメートル、85ナノメートルです。

最後の線幅は、約ラムダの線幅に対応します。7.4以上。複数の露光のデータは、線幅と露光時間のプロットに十字で示されています。

比較のために、青い曲線は、457ナノメートルの周期で入射正弦波照明を仮定し、露出しきい値を唯一のフィッティングパラメータとして使用した単純なモデルの予測を表しています。このビデオを見れば、光学的イブルトランジションによる超解像パターニングの実装方法について十分に理解できるはずです。