Atomically Traceable nanostructure निर्माण

Engineering

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Ballard, J. B., Dick, D. D., McDonnell, S. J., Bischof, M., Fu, J., Owen, J. H., Owen, W. R., Alexander, J. D., Jaeger, D. L., Namboodiri, P., Fuchs, E., Chabal, Y. J., Wallace, R. M., Reidy, R., Silver, R. M., Randall, J. N., Von Ehr, J. Atomically Traceable Nanostructure Fabrication. J. Vis. Exp. (101), e52900, doi:10.3791/52900 (2015).

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Abstract

Introduction

नैनो संरचनाओं को समझने एरेनास, की एक विस्तृत विविधता में और अधिक महत्वपूर्ण हो जाता है, विशेष रूप से लिथोग्राफी और इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में, लाभ महत्व का गठन किया जा रहा है। विशेष रूप से 10 समुद्री मील दूर नीचे तराजू पर, nanoscale पर मैट्रोलोजी के महत्व पर जोर करने के लिए, यह केवल 1 एनएम की सुविधा के आकार में एक परिवर्तन एक आंशिक भिन्नता कम से कम 10% इंगित करता है कि कहा जाना चाहिए। इस बदलाव डिवाइस प्रदर्शन और सामग्री चरित्र के लिए महत्वपूर्ण प्रभाव हो सकता है 1,2 -। 4 कृत्रिम विधियों का प्रयोग, जैसे क्वांटम डॉट्स या अन्य जटिल अणुओं के रूप में बहुत ठीक गठन व्यक्तिगत विशेषताओं 2,5,6, गढ़े लेकिन आम तौर पर एक ही सटीक कमी की जा सकती है आकार और स्थान नियंत्रण में सुधार की ओर काम के बावजूद सुविधा के स्थान और अभिविन्यास में। इस कागज के पास परमाणु आकार सटीक और सुविधा नियुक्ति में परमाणु परिशुद्धता के साथ nanostructures fabricating, साथ ही साथ के लिए एक दृष्टिकोण को दर्शाता हैसुविधा नियुक्ति में परमाणु मैट्रोलोजी साथ। स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप (एसटीएम) प्रेरित हाइड्रोजन Depassivation लिथोग्राफी (एचडीएल) की परमाणु परिशुद्धता का उपयोग करना, रासायनिक संवेदनशील विपरीत के साथ atomically सटीक पैटर्न एक सतह पर बनते हैं। चित्रा 1 में रेखाचित्र के रूप में दिखाया गया के रूप में चयनात्मक परमाणु परत बयान (ALD) तो, प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (आर.आई.ई.) अंततः सामग्री थोक में पैटर्न के हस्तांतरण के साथ, नमूनों क्षेत्रों में एक कठिन ऑक्साइड सामग्री लागू होता है। मानक के साथ बहुत सटीक एचडीएल प्रक्रिया का मेल ALD और आर.आई.ई. एक लचीला विधि में परिणाम मनमाना आकार और स्थिति के साथ एक सतह पर nanostructures के निर्माण करने के लिए प्रक्रियाओं।

चित्र 1
1. प्राथमिक Nanofabrication प्रक्रिया कदम चित्रा। एक उदाहरण के रूप में, एक 200 एनएम X 200 एनएम वर्ग दिखाया गया है। प्रत्येक परिक्रमा तीर वायुमंडलीय जोखिम और टी के एक कदम इंगित करता हैसाइटों के बीच ransport। UHV नमूना प्रस्तुत करने के बाद, नमूना एसटीएम मैट्रोलोजी (ऊपर बाएं) द्वारा पीछा UHV एचडीएल का उपयोग कर नमूनों है। ALD तो AFM के मैट्रोलोजी (दाएं) द्वारा पीछा किया जाता है। आर.आई.ई. SEM के मैट्रोलोजी द्वारा पीछा सी (100), में पैटर्न स्थानान्तरण (बाएं नीचे)। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

आज तक का सबसे सटीक लिथोग्राफी आमतौर पर स्कैन जांच तकनीक, परमाणु संकल्प patterning और functionalization के कई अनुप्रयोगों के लिए प्रदर्शन किया गया है, जहां विशेष रूप से एसटीएम आधारित patterning शामिल है। परम परिशुद्धता के साथ 7 इससे पहले, परमाणु हेरफेर का उत्पादन किया गया है nanostructures इमारत ब्लॉकों के रूप में 8 अलग-अलग परमाणुओं का उपयोग करके , 9,10, लेकिन इस प्रकार क्रायोजेनिक स्थितियों की आवश्यकता और nanostructures लंबे समय तक मजबूती का अभाव है। सतह से हाइड्रोजन परमाणुओं को हटाने के द्वारा आर टी परमाणु हेरफेर, specifical दिखाया गया हैly है एचडीएल। 11,12,13 एचडीएल सतह विपरीत के स्थानिक स्थानीयकरण के आधार पर इलेक्ट्रॉनिक और अन्य उपकरणों के नए वर्गों को सक्षम करने का वादा किया। आगे की प्रक्रिया के बिना एचडीएल का उपयोग करना, विभिन्न डिवाइस आर्किटेक्चर बंधन तार या तर्क उपकरणों झूलने सहित संभव हो रहे हैं। 14,15,16 इसके अलावा बिजली के विपरीत प्रदान करने के लिए प्रभाव में है, passivating एच परत हटा दिया गया है, जहां सतह पर रासायनिक विपरीत लागू कर सकते हैं एचडीएल आगे रासायनिक संशोधन के लिए एक खाका बनाते। यह रासायनिक संशोधन धातु, 17 इंसुलेटर, 18 और यहां तक कि अर्धचालक के बयान के लिए चयनात्मकता दिखा, सिलिकॉन और अन्य सतहों पर प्रदर्शन किया गया है। 16,19 इन उदाहरणों में से प्रत्येक सच्चे निर्माण करने के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए दो आयामी संरचना है, इसलिए अन्य प्रसंस्करण कदम का उत्पादन तीन एचडीएल ने वादा किया atomically सुलझाया नियंत्रण के साथ आयामी संरचना। इससे पहले, यह आवश्यक हो गया है दोहराया आकृति, 19,20,21 annealing, 22 23

ई-बीम लिथोग्राफी के लिए इसी प्रकार, एचडीएल एक विरोध का पर्दाफाश करने के लिए इलेक्ट्रॉनों के अनुवादित प्रवाह का उपयोग करता है। कई समानताएं चर स्थान आकार और आकृति दक्षता के साथ बहु मोड लिथोग्राफी प्रदर्शन करने की क्षमता के रूप में इस तरह मौजूद हैं। 24 बहरहाल, एचडीएल की असली शक्ति है कि यह ई-बीम लिथोग्राफी से कैसे अलग से उठता है। सबसे पहले, एचडीएल में विरोध है कि लोगों तक पहुंचाने के लिए एक डिजिटल प्रक्रिया हो जाता है का विरोध इसलिए परमाणु हाइड्रोजन की एक monolayer है; एटम है या मौजूद नहीं है, या तो विरोध। 25 एच परमाणु प्लेसमेंट (100) एचडीएल प्रक्रिया एक atomically सटीक प्रक्रिया हो सकती है जाली अंतर्निहित सी से मेल खाती है, यह इस पत्र में एचडीएल नैनोमीटर परिशुद्धता के रूप में है कि ध्यान दिया जाना चाहिए, हालांकि इस प्रकार परमाणु पूर्णता होने और करने का विरोध किया कि इस मामले में डिजिटल नहीं है। एचडीएल में इलेक्ट्रॉन स्रोत सतह के लिए स्थानीय है के बाद से, एसटीएम आपरेशन के विभिन्न माध्यमों दोनों को सुविधाजनक बनाने केthroughput के अनुकूलन के रूप में अच्छी तरह से त्रुटि की जाँच। ~ 4.5 वी नीचे टिप-नमूना पूर्वाग्रहों से कम, लिथोग्राफी atomically सटीक मोड (एपी मोड) के रूप में जाना परमाणु परिशुद्धता के साथ एक परमाणु स्तर पर किया जा सकता है। इसके विपरीत, ~ 7 वी से ऊपर पूर्वाग्रहों पर, इलेक्ट्रॉनों फील्ड उत्सर्जन मोड (Fe मोड) के रूप में यहां से जाना जाता विस्तृत linewidths और उच्च depassivation क्षमता, साथ नमूना को सिरे से सीधे उत्सर्जित कर रहे हैं। समग्र throughputs संभव 1 माइक्रोन 2 / मिनट तक patterning के साथ लिथोग्राफी बीम ई करने के लिए छोटे रिश्तेदार रहते हैं, हालांकि एचडीएल throughputs तो, इन दोनों विधियों से सावधान संयोजन द्वारा अनुकूलित किया जा सकता है। पूर्वाग्रह इतना है कि उलट है जब नमूना इस प्रकार त्रुटि सुधार के लिए और परमाणु पैमाने मैट्रोलोजी के लिए दोनों सतह की परमाणु संरचना के निरीक्षण की अनुमति बेहद कम depassivation दक्षता के साथ टिप करने के लिए नमूना से -2.25 वी, इलेक्ट्रॉनों सुरंग ~ पर आयोजित किया जाता है ।

चित्र 1 में दिखाया इस nanostructure निर्माण की प्रक्रिया (यानी, ~ 1 monolayer) 2 Sio परत। परिवहन के बाद 26, नमूना के बयान के लिए एक ALD कक्ष में डाला जाता है एक पतली बनाने, नमूनों क्षेत्रों पानी से संतृप्त हो जाते हैं, जो समय पर, माहौल को निकाल रहा है AFM और एक्सपीएस। 27 titania प्रतिक्रिया सतह के पानी संतृप्ति पर निर्भर करता है के द्वारा मापा के रूप में लगभग 2-3 एनएम, यहां जमा मोटाई के साथ titania (2 Tio), इस प्रक्रिया को पानी की सतह के साथ संतृप्त जो वातावरण जोखिम के बावजूद संभव है । अगला, AFM और SEM के द्वारा निर्धारित खोदना गहराई के साथ, नमूना सी के 20 समुद्री मील दूर हटा दिया जाता है तो यह है कि आर.आई.ई. का उपयोग कर etched गया था थोक में ALD मुखौटा पैटर्न हस्तांतरण करने के लिए। मैट्रोलोजी चरणों की सुविधा प्रदान करने के लिए, एक सी (100) वेफर एक लंबे समय तक काम दूरी ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप, AFM के योजना-दृश्य ऑप्टिकल इमेजिंग द्वारा UHV तैयार होने के बाद दिखाई करने के लिए तैयार कर रहे हैं जो लाइनों का एक ग्रिड के साथ नमूनों, और हैकम बढ़ाई योजना-व्यू SEM के इमेजिंग। Nanoscale संरचनाओं की पहचान में मदद करने के लिए, 1 माइक्रोन 2 टेढ़ा पैटर्न (SERPs) SERPs के सापेक्ष तय स्थानों पर स्थित सबसे अलग nanopatterns के साथ नमूनों पर नमूनों हैं।

एचडीएल, चयनात्मक ALD, और आर.आई.ई. के इस संयोजन nanostructure निर्माण के लिए एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया हो सकती है, और यह प्रक्रिया का एक स्वाभाविक प्रतिफल के रूप में एक परमाणु पैमाने मैट्रोलोजी भी शामिल है। नीचे, हम सी एचडीएल, चयनात्मक ALD, और आर.आई.ई. का उपयोग करते हुए (100) में उप-10 एनएम nanostructures के निर्माण करने के लिए शामिल कदम का विस्तृत विवरण शामिल हैं। यह एक इन प्रक्रियाओं में से प्रत्येक में कुशल है कि माना जाता है, लेकिन जानकारी के विभिन्न प्रक्रियाओं को एकीकृत करने के लिए संबंधित शामिल किया जाएगा। विशेष रूप से जोर, एक ही कठिनाइयों को रोकने के क्रम में लेखकों द्वारा अनुभवी उन अप्रत्याशित कठिनाइयों को दिया विशेष रूप से परिवहन के लिए और मैट्रोलोजी से संबंधित हो जाएगा।

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Protocol

1. पूर्व के आस नमूना तैयार

  1. चिप्स तैयार करें
    1. सी (100) वेफर में मार्कर की पहचान डाल करने के लिए उपयुक्त खोदना मुखौटा डिजाइन। मानक ऑप्टिकल लिथोग्राफी और आर.आई.ई. का प्रयोग, एसटीएम के नमूने ले जाया जाएगा, जहां से वेफर में मापकला के निशान के रूप में लाइनों का एक ग्रिड खोदना। लाइनों, 10 माइक्रोन विस्तृत 1 माइक्रोन गहरा है, और 500 माइक्रोन की पिच पर होना चाहिए। एचिंग के बाद, पट्टी नमूना से photoresist के शेष।
      नोट: मापकला निशान में सीटू नमूने पर के रूप में अच्छी तरह से AFM और SEM में के रूप में मैट्रोलोजी दौरान टिप स्थान के लिए पहचान योग्य होना चाहिए।
    2. नीचे मानक कील नीले dicing के टेप, चिपचिपा पक्ष लगाने से वेफर सतह की रक्षा।
    3. एक हीरे का उपयोग कर चिप्स में पासा वेफर्स चीनी मिट्टी dicing एचडीएल प्रदर्शन करने के लिए इस्तेमाल किया जा रहा विशिष्ट UHV-एसटीएम उपकरण के लिए उपयुक्त आकार में देखा इत्तला दे दी। यहाँ के नमूने, 8.1 मिमी x 8.1 मिमी चौकों थे।
  2. Dicing के बाद, धीरे से UHV-एसटीएम patterning के उपकरण में प्रविष्टि के लिए चिप को तैयारनीचे धारा 2 में UHV प्रस्तुत करने के बाद एक प्रतिकूल सतह पुनर्निर्माण प्रेरित करेगा जो किसी भी निकल युक्त उपकरणों के साथ चिप को छूने के लिए नहीं ख्याल रख रही है, dicing टेप वापस छीलने।
    1. Polytetrafluoroethylene (PTFE) चिमटी के साथ नमूना के पक्ष मनोरंजक है, जबकि क्रमशः एसीटोन, isopropyl शराब, मेथनॉल, और विआयनीकृत पानी की धाराओं के साथ 10 सेकंड के लिए प्रत्येक के सामने चेहरा rinsing द्वारा स्वच्छ चिप। अंत में, ultrapure एन 2 या ए.आर., अभी भी टेफ्लॉन चिमटी के साथ मनोरंजक के साथ सूखी।
    2. विशिष्ट UHV-एसटीएम उपकरण के लिए उचित तरीकों का उपयोग कर एसटीएम नमूना धारक में माउंट नमूना चिप एचडीएल के लिए इस्तेमाल किया जाएगा।
      1. एक निकल युक्त नमूना धारक में बढ़ते हैं, टैंटलम पन्नी बाधा स्ट्रिप्स (appx। नमूना ऊंचाई से 4 मिमी) टाइटेनियम कैंची का उपयोग कर में कटौती। क्रमशः ultrapure एसीटोन, isopropyl शराब, मेथनॉल, और डि पानी में 5 मिनट प्रत्येक के लिए Sonicate पन्नी स्ट्रिप्स। आंशिक रूप से एल्यूमीनियम पन्नी और इंजेक्षन के साथ एक बीकर कवर द्वारा ultrapure एन 2 गैस के साथ सूखीउद्घाटन में एक एन 2 नोक आईएनजी। सभी तरल हवा हो गया है जब तक गैस का प्रवाह। निकल मुक्त चिमटी का प्रयोग, प्रपत्र पन्नी के आसपास तो नमूना धारक से नमूने के आगे और पीछे पक्षों को अलग-थलग करने के लिए नमूना धारक में दबाना नमूने के समाप्त होता है।
    3. कार्बन प्रदूषण को दूर करने के लिए ऑक्सीजन प्लाज्मा में, प्लाज्मा साफ नमूना और नमूना धारक बढ़ते के बाद। 28

2. UHV नमूना तैयार

  1. UHV प्रसंस्करण और एचडीएल आम तौर पर (नीचे कदम 2.5.1.1 के लिए छोड़कर) 1.3 एक्स 10 -9 एम्बार नीचे रह सकते हैं कि इतना भार-लॉक या किसी अन्य वरीय UHV सुरक्षित विधि के माध्यम से UHV प्रणाली में नमूना परिचय।
  2. एक पाइरोमीटर के साथ तापमान की निगरानी देगास हे / 650 डिग्री सेल्सियस पर एन। चैम्बर दबाव पृष्ठभूमि के 25% के भीतर है कि सुनिश्चित करें। यहाँ वर्णित मामले में, ठेठ पृष्ठभूमि के दबाव 4.5 एक्स 10 -10 एम्बार लगभग कर रहे हैं।
  3. 5 मिनट के लिए 1,500 डिग्री सेल्सियस पर रेशा खुर देगास टंगस्टन हाइड्रोजन।यदि संभव हो तो टाइटेनियम बनाने की क्रिया पंपों को सक्रिय करें।
  4. नमूना "फ़्लैश" चक्र को पूरा करें।
    1. 20 सेकंड के लिए 1,250 डिग्री सेल्सियस ताप, पाइरोमीटर के साथ टी निगरानी और एक 10 डिग्री सेल्सियस / सेक हीटिंग ढाल का उपयोग करके फ्लैश नमूना। 7 एक्स 10 -9 एम्बार की एक अधिकतम दबाव से अधिक मत करो। कम से कम 5 सेकंड में हीटिंग वर्तमान हटाने के द्वारा कूल।
    2. 5 मिनट के लिए 350 डिग्री सेल्सियस पर रेस्ट नमूना। दबाव आधारभूत करने के लिए ठीक करने के लिए अनुमति देने के लिए। 3x दोहराएँ।
  5. नमूना passivation प्रदर्शन करते हैं।
    1. तापमान पर नजर रखने के लिए एक पाइरोमीटर का उपयोग कर 350 डिग्री सेल्सियस के लिए सेट नमूना तापमान। रिसाव वाल्व का उपयोग कर प्रस्तुत करने का चेंबर में 1.3 एक्स 10 -6 एम्बार अति शुद्ध एच 2 का परिचय।
      1. आगे एच 2 को शुद्ध करने के क्रम में बहुत प्रणाली में एक रिसाव वाल्व के पास एच 2 लाइन पर एक ठंडा जाल डाल दिया।
      2. यदि संभव हो, उच्च वेग टर्बो पंप के बजाय एक आयन पंप के साथ प्रणाली पंप। आयन पंप किया जा रहा एक्सपो से नमूना दूषित नहीं करता तो यह हैउच्च दबाव और बाहर खदेड़ना contaminants के लिए sed। पंप (350 डिग्री सेल्सियस) सबसे हाइड्रोजन हटा दिया गया है के बाद सामान्य स्थिति में वापस डाल दिया है और नमूना अभी भी गर्म है।
    2. 12 मिनट के लिए 1400 डिग्री सेल्सियस के तापमान को रेशा खुर टंगस्टन हाइड्रोजन चालू करें तो रेशा और एच 2 गैस का प्रवाह बंद कर देते हैं। आरटी के लिए कूल नमूना।

3. स्कैनिंग टनलिंग सूक्ष्मदर्शी और लिथोग्राफी

  1. एसटीएम के लिए नमूना स्थानांतरण, और सुरंग खोदने के रेंज में नमूना और एसटीएम टिप ले आओ। एक 20 माइक्रोन स्थान आकार की तुलना में बेहतर की शक्ति को हल करने के साथ एक कैमरा का उपयोग करना, टिप-नमूना जंक्शन के उच्च संकल्प ऑप्टिकल छवि ले। Deskew और यह मापकला के निशान से एक undistorted प्रजनन का प्रतिनिधित्व करता है, ताकि ऑप्टिकल छवि का आकार।
  2. प्रणाली थर्मल अस्थिरता को कम करने के लिए किसी भी रोशनी निकालें। सतह की गुणवत्ता का निर्धारण करते हैं।
    1. सुन्न की पहचान, -2.25 वी और 200 फिलीस्तीनी अथॉरिटी के नमूना पूर्वाग्रह के साथ पारंपरिक एसटीएम तकनीकों का प्रयोगसतह पर दोष के एर।
    2. सतह दोष स्वीकार्य स्तर से नीचे हैं, तो अगले चरण के लिए कदम। अधिकतम स्वीकार्य दोष के स्तर के रूप में पीछा कर रहे हैं: 1% की Dangling बांड; 3% की एसआई रिक्तियों; 1% की दूषित पदार्थों को।
  3. डिजाइन एचडीएल पैटर्न प्रयोगात्मक पैटर्न और बड़े (1 माइक्रोन एक्स 1 माइक्रोन) SERP पहचान पैटर्न दोनों शामिल है, का उत्पादन किया जाना है। SERP पैटर्न 15-20 एनएम के एक पिच का उपयोग कर, AFM के तेजी से स्कैन अक्ष की उम्मीद है और सीधा करने के लिए एक लंबे वेक्टर धुरी के साथ तैयार किया जाना चाहिए। मौलिक आकार में फ्रैक्चर समग्र पैटर्न एचडीएल शर्तों को लागू करने के लिए जब टिप द्वारा पीछा मार्ग को परिभाषित करने के लिए। 24
  4. पिछले चरण से वेक्टर outputs का उपयोग, एचडीएल 7-9 वी के नमूना पूर्वाग्रह, 1 एनए के वर्तमान के साथ बड़े क्षेत्रों के लिए एफई मोड लिथोग्राफी का उपयोग करते हैं, और परमाणु परिशुद्धता किनारों की आवश्यकता छोटे क्षेत्रों या उन क्षेत्रों के लिए 0.2 एम सी / सेमी और एपी मोड लिथोग्राफी । 24
    1. पीई द्वारा इष्टतम एपी मोड लिथोग्राफी स्थितियों का निर्धारण2 से 4 एनए से लेकर 3.5 से 4.5 वी को लेकर नमूना पूर्वाग्रह के साथ की स्थिति, वर्तमान की एक किस्म के साथ एचडीएल rforming, और लाइन 2 से 4 एम सी / सेमी से लेकर dosages। सबसेसंकरेमें पूरी तरह से depassivated लाइन उत्पादन की स्थिति है कि चुनें।
  5. -2.25 वी नमूना पूर्वाग्रह और 0.2 एनए सुरंग खोदने के लिए वर्तमान में इमेजिंग द्वारा वांछित एचडीएल नमूनों क्षेत्रों पर एसटीएम मैट्रोलोजी प्रदर्शन करते हैं।
    1. [वैकल्पिक] त्रुटि सुधार कार्य करें। एसटीएम मैट्रोलोजी के बाद, 3.5 कदम से वांछित पैटर्न के साथ एसटीएम छवियों में depassivation पैटर्न की तुलना करें। किसी भी क्षेत्र के अपर्याप्त झूलने बंधन गठन दिखाने के लिए, उन क्षेत्रों में लिथोग्राफी चक्र को दोहराएँ।
  6. एसटीएम एचडीएल पूरा करने के बाद नमूना से टिप छुड़ाना, और ताला लोड करने के लिए नमूना चाल है।
  7. वेंट और नमूना हटा दें। Ultrapure एन 2 के साथ वेंट के दौरान, इस तरह के साफ नीलमणि के रूप में निष्क्रिय, फ्लैट सब्सट्रेट के साथ यह संपर्क करके नमूना की रक्षा करना। 29 सतह के संरक्षण के बाद, किसी भी पंप के करीब वाल्व तो quic के रूप में गैस को बाहर निकलने का परिचयके रूप में संभव kly। सिस्टम से नमूना निकालें।

4. नमूना परिवहन

  1. लोड ताला से नमूना निकालें। यदि संभव हो तो पन्नी बाधा टुकड़े को हटाने सहित, नमूना धारक से नमूना रिलीज। PTFE (या तिवारी) चिमटी का प्रयोग, कम से कम 10 मिनट के लिए माहौल जोखिम रखने के लिए प्रयास, संरक्षित नमूना के सामने की ओर ध्यान में रखते हुए ट्रांसपोर्टर के लिए नमूना चाल है।
  2. नमूना से अधिक कवर स्थापित करें और शिथिल एक दबाव नमूना ट्रांसपोर्टर को इकट्ठा। 1 मिनट के लिए ultrapure की गिरफ्तारी के साथ फ्लश। किसी भी बिंदु पर सिस्टम को खाली मत करो, या सतह को नुकसान हो सकता है। 29 अंत में, एर के एक छोटे से सकारात्मक दबाव (~ 50-100 मिलीबार) के साथ मुहर नमूना ट्रांसपोर्टर इतना है कि नमूना अप के लिए स्थिर बनी हुई है एक महीने के लिए।

5. परमाणु परत बयान

  1. ALD उचित बयान तापमान (100 डिग्री सेल्सियस) पर है सुनिश्चित करें। वायुमंडलीय दबाव हासिल किया गया है, जब तक धीरे धीरे ALD कक्ष में आर्गन दबाव बढ़ा।
  2. ओपन ALD चैंबर।
  3. ओपन नमूना ट्रांसपोर्टर और जल्दी से किनारे पर नमूना लोभी PTFE चिमटी की एक जोड़ी का उपयोग ALD चैम्बर के लिए स्थानांतरण, तो देगास करने के लिए <2 × 10 -1 एम्बार के लिए 1 घंटे के दबाव में ALD चैम्बर बंद और आर्गन के प्रवाह का उपयोग कर शुद्ध नमूना। अनाकार titania के 2.8 एनएम विकसित करने के लिए ALD के 80 दोहराया चक्र प्रदर्शन करने के लिए एक प्रक्रिया निर्धारित करें।
    1. टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड (TiCl 4) और पानी के साथ, 100-150 डिग्री सेल्सियस के एक नमूने के तापमान पर एक असंशोधित वाणिज्यिक ALD सिस्टम का प्रयोग (एच 2 ओ) व्यापारियों की नब्ज समय के साथ, 0.3 एम्बार और 0.8 एम्बार के दबाव में अभिकारकों के साथ बयान प्रदर्शन के रूप में 0.1 सेकंड और क्रमश: 0.05 सेकंड। 27
    2. प्रत्येक गैस नाड़ी के बाद, कारण physisorbed अभिकारकों करने के लिए कम से कम पृष्ठभूमि बयान सुनिश्चित करने के लिए 0.2 एम्बार पर 60 सेकंड के लिए गिरफ्तारी के साथ रिएक्टर शुद्ध। इस काम में मास्क के लिए, 80 ALD चक्र 100 डिग्री सेल्सियस पर अनाकार titania की लगभग 2.8 एनएम विकसित करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं।
    3. धीरे धीरे अर गैस और खुले साथ ALD कक्ष वेंट। दोहराएँ 4.1 और नमूना परिवहन के लिए 4.2 कदम।

    6. परमाणु शक्ति माइक्रोस्कोपी (AFM)

    1. निर्माता प्रोटोकॉल के अनुसार AFM की उचित अंशांकन सुनिश्चित करें। ओपन नमूना ट्रांसपोर्टर और धीरे चिमटी का उपयोग नमूना हटा दें।
    2. ट्रांसपोर्टर से हटाने के बाद, सुरक्षित रूप से इस तरह यदि संभव हो तो एक clamping प्रणाली के रूप में एक यांत्रिक बढ़ते विधि का उपयोग कर AFM के में नमूना स्थापित करें। नमूना पर AFM के कैमरे का फोकस, और 3.2 कदम में ऑप्टिकल मैट्रोलोजी पर आधारित पद्धति को AFM टिप के लिए पंक्ति में नमूना की सतह पर मापकला चिह्नों का पता लगाने।
    3. AFM के सेटिंग्स ऊंचाई और चरण जानकारी दोनों दिखाने के लिए और माइक्रोन के बीच 20 और 40 विस्तृत होने के लिए स्कैन आकार निर्धारित करेगा कि सुनिश्चित करें। नमूना पर AFM टिप व्यस्त हैं।
    4. लोकेटर पैटर्न क्षेत्र की पहचान कर रहे हैं जब तक उच्चतम संकल्प पर ऊंचाई और चरण जानकारी का उपयोग करना, स्कैन। नमूनों पुन में ज़ूमइलाके में एक छवि वांछित है जो इस क्षेत्र में पता लगाने और।
    5. उपयुक्त छवि गुणवत्ता और संकल्प (आमतौर पर सबसे ज्यादा संभव) का उपयोग कर वांछित क्षेत्रों में से एक छवि ले लो। सभी वांछित क्षेत्रों स्कैन किया गया है एक बार, नमूना से टिप छुड़ाना। नमूना उतारना। दोहराएँ 4.1 और नमूना परिवहन के लिए 4.2 कदम।

    7. प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी

    1. -110 डिग्री सेल्सियस capacitively युग्मित आर.आई.ई. रिएक्टर टेंशन मत लो, फिर अपनी पहचान के चेंबर में नमूना लोड और 7.5 एक्स 10 -6 एम्बार करने के लिए नीचे पंप।
      1. 3 मिनट के लिए तापमान को स्थिर। फिर 40 SCCM में 8 SCCM प्रति मिनट (मानक घन सेंटीमीटर), एर में ओ 2 के प्रवाह की दर के साथ पर गैस की बारी है, और 20 SCCM में एस एफ 6।
      2. एक 150 डब्ल्यू आरएफ मुक्ति का उपयोग कर हड़ताल प्लाज्मा, तो 8 SCCM पर 52 SCCM में एस एफ 6 और ओ 2 का उपयोग कर 1 मिनट के लिए खोदना गैस के प्रवाह को संशोधित। सी के साथ इन गैसों की बातचीत लगभग 20 एनएम / मिनट की दर से खोदना होगा। 30
      3. 7.5 एक्स 10 -6 एम्बार करने के लिए वैक्यूम पंप। आर.आई.ई. प्रणाली वेंट। दोहराएँ 4.1 और नमूना परिवहन के लिए 4.2 कदम।

    8. स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM)

    1. SEM के नमूना बढ़ते और व्यवस्था करने के लिए नमूना की शुरूआत।
      1. गैर चिपकने वाला नमूना नमूना बढ़ते की सुविधा के लिए एक सुविधाजनक स्थान में माउंट रखें।
      2. ओपन नमूना ट्रांसपोर्टर और धीरे किनारों से नमूना हड़पने के लिए और सुरक्षित रूप से SEM के माउंट में स्थापित करें, तो SEM के रूप में नमूना विधानसभा लागू करने के लिए चिमटी का उपयोग नमूना हटा दें।
      3. वेंट और खुले SEM के चैंबर। सुरक्षित SEM के नमूना चरण के लिए नमूना विधानसभा स्थापित करें। SEM के चैम्बर नीचे पम्प।
    2. Fiducials लगाएँ।
      1. संभव सबसे कम मूल्य के लिए बढ़ाई लाओ। अच्छा प्रस्ताव देना होगा कि त्वरक वोल्टेज और किरण वर्तमान सेटिंग्स का चयन करें। न्यूनतम स्वीकार्य सेटिंग्स के साथ प्रारंभ करें। जरूरत के रूप में ऊपर जाना है।
      2. इलेक्ट्रॉन बीम पर मुड़ें। सामान्य क्षेत्र लाओसिफारिश काम दूरी और eucentric ऊंचाई के लिए ब्याज की।
      3. जानें, और धारा 1.1 में वर्णित fiducials पर ध्यान केंद्रित। आवश्यक के रूप में दूरी काम कर समायोजित करें। फोकस, चमक और विपरीत अनुकूलन।
    3. पैटर्न का पता लगाएँ और छवि।
      1. Fiducials के सापेक्ष,, पैटर्न पर कार्बन बयान को कम से कम पास के गैर जरूरी सुविधाओं का उपयोग फोकस अनुकूलन करने के लिए खंड 3.2 और धारा 6 के AFM के मैट्रोलोजी के ऑप्टिकल मैट्रोलोजी पर आधारित पैटर्न का पता लगाने। अनुकूलित करने के बाद, पैटर्न के लिए ले जाने की योजना है और दृश्य चित्र और माप के अधिग्रहण।
      2. यदि आवश्यक हो, 3 डी छवियों और पैटर्न ऊंचाई माप के लिए नमूना झुकाव। जरूरत के रूप में अन्य पैटर्न के लिए, 8.3 से दोहराएँ।
    4. SEM के निर्माता द्वारा निर्धारित रूप में, SEM प्रणाली समापन दिनचर्या और उतरना नमूना / एस प्रदर्शन करते हैं। वापस ट्रांसपोर्टर में नमूना सुरक्षित।
    5. दोहराएँ 4.3 और नमूना परिवहन और भंडारण के लिए 4.4 कदम। इस बिंदु पर, नमूने मजबूत कर रहे हैं और कर सकते हैंसमय की एक अनिश्चित अवधि के लिए भंडारित किया जा सकता है। यदि आवश्यक हो तो प्रदर्शन करना के बाद इमेजिंग विश्लेषण करती है।

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Representative Results

यहाँ वर्णित मामलों में, एचडीएल बहु मोड लिथोग्राफी का उपयोग किया जाता है। 24 एफई मोड में, 8 वी नमूना पूर्वाग्रह, 1 ना, और (50 समुद्री मील दूर / सेक टिप गति के बराबर) 0.2 एम सी / सेमी के साथ प्रदर्शन किया, नोक पर ले जाता है depassivation की लाइनों का निर्माण सी जाली के समानांतर या सीधा या तो सतह,। इस lineshape यहाँ मामले में, बहुत टिप निर्भर है, लाइनों के लिए पूरी तरह से depassivated भाग लाइन के दोनों तरफ एक और 2 एनएम का विस्तार आंशिक depassivation की पूंछ के साथ, व्यापक लगभग 6 समुद्री मील दूर था। बहुत सटीक पैटर्न वांछित रहे हैं, एपी मोड लिथोग्राफी 4 वी नमूना पूर्वाग्रह, 4 ना, और 4 एम सी / सेमी (10 एनएम / सेक टिप गति के बराबर) का उपयोग किया जाता है। प्रत्येक पद्धति का एपी मोड घटक की हद तक एफई विधा का उपयोग कर उत्पादन आंशिक रूप से depassivated पैटर्न की चौड़ाई पर निर्भर करता है। सी पर पैटर्न के एसटीएम छवियों के उदाहरण के लिए चित्र 2 देखें विभिन्न एचडीएल मोड के लिए (100) एच। 2A चित्रा एक छोटी सी पी से पता चलता हैattern चित्रा 2B एफई मोड लाइनों लगभग 6 एनएम विस्तृत थे, जहां बहु मोड लिथोग्राफी का उपयोग कर लिखा एक पैटर्न, का एक उदाहरण है। केवल एपी मोड एचडीएल का उपयोग कर उत्पादन है, लेकिन हर बढ़त के लगभग 2 एनएम के साथ, एक 10 एनएम पिच पर लिखा गया एपी मोड एचडीएल का उपयोग कर लिखा। पैटर्न के भीतरी इलाकों में एफई मोड अंश 10 एनएम के एक पिच पर लिखा गया है, इसलिए एचडीएल अधूरा था, जहां पैटर्न के भीतर संकीर्ण क्षेत्रों रहे हैं। बड़े, गलत पैटर्न के लिए एफई मोड एक लगभग 1 माइक्रोन 2 SERP पैटर्न एक 20 एनएम पिच पर लिखा गया था, जहां चित्रा -2 के रूप में, अकेले इस्तेमाल किया जा सकता है।

चित्र 2
चित्रा 2. प्रतिनिधि एचडीएल पैटर्न। 4V के एपी मोड लिथोग्राफी, 4 ना, और 4 एम सी / सेमी (10 एनएम / सेक) के साथ लिखा एक एचडीएल पैटर्न के (ए) एसटीएम छवि। (ख) एक म्यू के एसटीएम छविLTI-मोड एचडीएल पैटर्न एपी मोड और फ़े मोड (8V, 1 ना, 0.2 एम सी / सेमी) का एक संयोजन का उपयोग कर लिखा। एफई मोड लाइन पिच लिखित रूप में इस्तेमाल किया वैक्टर की दृश्यता में सुधार करने के लिए लिखा linewidth तुलना में थोड़ा बड़ा होने के लिए चुना गया था। एक 20 एनएम पिच पर लिखा एक बड़े लोकेटर SERP (सी) एफई मोड लिथोग्राफी। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Atomically सटीक एचडीएल पैटर्न का उपयोग सबसे अच्छा मुखौटा उत्पादन प्राप्त करने के लिए, चयनात्मकता के एक उच्च डिग्री संभव होना चाहिए। इससे पहले, ALD चयनात्मकता क्रमश: unpatterned और नमूनों क्षेत्रों के लिए एक एनालॉग के रूप में -SiO एक्स सतहों unpatterned सी (100) एच और सी (100) पर बयान की तुलना XPS और अन्य तरीकों से जांच की गई है। 27,31 परमाणु शक्ति का प्रयोग 3 चित्र में दिखाया के रूप में माइक्रोस्कोपी (AFM), हम इसी तरह के परिणाम का निरीक्षण

चित्र तीन
बयान के चित्रा 3. चयनात्मकता। (ए) नमूना AFM छवि नमूनों और पृष्ठभूमि क्षेत्रों पर 2 Tio बयान दिखा। बयान में 100 डिग्री सेल्सियस पर बाहर किया गया था। चक्र के विभिन्न संख्या के लिए (बी) के जमाव गहराई। पृष्ठभूमि के सापेक्ष "की तर्ज पर" विकास की AFM के द्वारा मापा पार ऊंचाई का प्रतिनिधित्व करते हैं। एक नमूनों क्षेत्र के पास एक्स 200 एनएम 200 एनएम के एक क्षेत्र के भीतर सबसे बड़ा पृष्ठभूमि बयान की AFM के द्वारा मापा खुला हलकों ऊंचाई दिखा। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

यह एचडीएल patte पर जमा करने के लिए संभव है कि यह देखते हुएRNS पद्धति सुविधाओं की सीमा की जांच की जांच की जानी चाहिए। यह पहले से ही ALD एचडीएल पैटर्न के सापेक्ष पैटर्न चौड़ी है कि उत्पादन, और etched संरचनाओं थोड़ा मास्क के सापेक्ष सिकुड़ रहे हैं दिखाया गया है, अत्यधिक घने सरणियों उत्पादन का असर अभी भी कुछ अनसुलझे रहता है। 4 एचडीएल, titania से पता चलता है मास्क, और चौकों की एक सरणी के लिए नक्काशी संरचनाओं 15 एनएम के एक पिच पर लिखा एफई मोड एचडीएल लाइनों का उपयोग कर गढ़े। चित्रा -4 ए में, एचडीएल पैटर्न के सापेक्ष 90 डिग्री से घुमाया दो SERPs -एक पता चलता अन्य प्रश्न के लिखित एक 8 वी टिप-नमूना पूर्वाग्रह, 1 एनए वर्तमान, और 0.2 एम सी / सेमी खुराक के साथ (या 50 एनएम / सेक टिप गति) । अलग आकार के पैटर्न में खुलने स्पष्ट रूप से कर रहे हैं। खुद को उद्घाटन के भीतर, कुछ एचडीएल आ गई है, लेकिन यह कम पर 20% एच हटाने के आदेश बनी हुई है। 4B चित्रा मुखौटा बयान के बाद एक ही पैटर्न के एक AFM छवि को दर्शाता है। Convolu टिप करने के लिए कारणtion के प्रभाव, पैटर्न में खुलने को हल करने के लिए मुश्किल हैं। हालांकि, एक स्पष्ट आदेश मानने योग्य है। चित्रा 4C आर.आई.ई. के बाद एक ही पैटर्न के एक SEM छवि है। वांछित खुलने का लगभग 60% वास्तव में इस पद्धति के आकार और घनत्व लगभग एफई मोड एचडीएल का उपयोग कर प्रभावी nanostructure निर्माण के लिए सीमा का संकेत है कि, सब्सट्रेट में स्थानांतरित कर दिया गया।

चित्रा 4
उद्घाटन की चित्रा 4. सरणी। एफई विधा का उपयोग कर लिखा लाइनों के साथ एचडीएल (ए) एसटीएम। एक दूसरे के सापेक्ष 90 डिग्री पर घुमाया दो टेढ़ा पैटर्न, 10 एनएम के एक पिच के साथ लिखा जाता है। (बी) AFM छवि एक ही पैटर्न के 2 Tio की ALD के 2.8 एनएम के बाद। "छेद" सरणी के बाद आर.आई.ई. (सी) SEM के सी के 20 समुद्री मील दूर हटाने के लिए। कुछ "छेद" खोदना करने में विफल रहा है कि सूचना है।इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

ऊपर वर्णित है nanostructures पर मैट्रोलोजी प्रदर्शन ऐसे AFM और SEM के रूप में अन्य उपकरणों का उपयोग एचडीएल और पैटर्न स्थान दौरान टिप स्थिति को पुल करने की क्षमता की आवश्यकता है। 3 चित्र में दिखाया के रूप में इस तरह के ई-बीम लिथोग्राफी के रूप में उच्च संकल्प स्थिति एन्कोडिंग के साथ अन्य अच्छी तरह से विकसित patterning के उपकरणों के विपरीत, यहाँ प्रदर्शन किया एचडीएल, तो अतिरिक्त स्थिति पहचान प्रोटोकॉल का उपयोग किया गया, अच्छी तरह से नियंत्रित मोटे स्थिति के बिना एक एसटीएम के साथ प्रदर्शन किया गया था । सबसे पहले, एक लंबे समय से फोकल लंबाई माइक्रोस्कोप लगभग 20 सेमी टिप-नमूना जंक्शन से UHV प्रणाली के बाहर तैनात है। नमूना की सतह पर टिप स्थान की पहचान की सुविधा के लिए 500 माइक्रोन की पिच पर, 1 माइक्रोन गहरी 10 माइक्रोन विस्तृत लाइनों, के एक वर्ग ग्रिड के साथ नमूनों है।

चित्रा 5
Samp चित्रा 5. पैटर्न का स्थान छवियों Le। (ए) एसटीएम टिप (बाएं) और 500 माइक्रोन पिच लाइन पैटर्न के साथ नमूना के एक क्षेत्र पर सी (100) सतह में अपनी परछाई (दाएं) की ऑप्टिकल छवि। लाइनों 1 माइक्रोन गहरी और 10 माइक्रोन चौड़ा पूर्व UHV करने के लिए कार्रवाई कर रहे हैं। गाइड लाइन लाइन दिशाओं को दिखाने के लिए शामिल किए गए हैं। (बी) बंद हुआ, टिप (निचले बाएं) के डी-विषम ऑप्टिकल छवि और अपनी परछाई (ऊपरी दाएं)। टिप और अपने प्रतिबिंब के बीच centerpoint स्थान 500 माइक्रोन X 500 माइक्रोन मापकला वर्ग में पहचाना जाता है सी:।। एक पूरे नमूनों क्षेत्र के एक्स 5 माइक्रोन AFM छवि 5 माइक्रोन: एक 50 माइक्रोन स्थान के साथ patterning के स्थान के Closeup पैमाने विकास के लिए शामिल । ALD के बाद:। आर.आई.ई. के बाद लोकेटर पैटर्न में से एक की एक्स 1 माइक्रोन SEM छवि 1 माइक्रोन इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

e_content "> nanostructures लगाने के लिए सबसे पहले कदम के लिए एक लंबे समय तक काम दूरी माइक्रोस्कोप का उपयोग कर इस मामले में पूरा हो रहा है, जो सतह पर टिप पांच, 32,33 की पहचान है। चित्रा 5A टिप का एक ऑप्टिकल छवि से पता चलता नमूने के साथ लगे हुए है, जब साथ बिंदीदार रेखा मापकला ग्रिड के दिशा-निर्देश के लिए पाठक मार्गदर्शन करने के लिए जोड़ा गया। चित्रा 5 ब में दिखाया गया के रूप में ऑप्टिकल छवि, एक वर्ग ग्रिड बनाने के लिए unskewed है टिप / नमूना जंक्शन का पता लगाने के लिए, नमूने के उच्च तापमान प्रसंस्करण में त्रुटियाँ हैं, हालांकि टिप स्थिति में अनिश्चितता बढ़ रही है, यहां imaged के रूप में होने के कारण महत्वपूर्ण सतह परमाणु प्रवास करने के लिए। यह गहराई और मापकला ग्रिड की दृश्यता कम कर देता है। 32 में यह पहले से है कि उच्च तापमान नमूना प्रसंस्करण महत्वपूर्ण परमाणु पैमाने सतह पुनर्निर्माण प्रेरित करेगा दिखाया गया है, यहां इस्तेमाल ग्रिड पिच वर्ग के बीच में सतह पुनर्निर्माण पर खास असर नहीं करने के लिए काफी अच्छा हैग्रिड से परिभाषित uared। 34 बहरहाल, नमूनों क्षेत्रों के किनारों के पास, कदम गुच्छन नमूना तैयार करने के दौरान वर्तमान प्रवाह की दिशा पर निर्भर करता है कि विषमता के साथ होते हैं। 34 ऑप्टिकल इमेजिंग की सतह के लिए एक परोक्ष सापेक्ष कोण पर किया जाता है के बाद से करता है दूसरे के लिए एक खाई रिश्तेदार के एक तरफ ऊंचाई में छोटे परिवर्तन AFM या सामान्य SEM में के रूप में योजना-व्यू इमेजिंग की तुलना में स्थान-विशेष रूप से जब पैटर्न में अतिरिक्त अनिश्चितता उत्पन्न करेगा। टिप नमूना संलग्न करने के बाद, ± 27 माइक्रोन की तर्ज स्थिति पहचान में एक अनुमानित अनिश्चितता में ~ 20 माइक्रोन पोस्ट प्रसंस्करण मापकला linewidth परिणामों के साथ युग्मित माइक्रोस्कोप के 10 माइक्रोन फोकल स्थान आकार। यह पैटर्न की पहचान के लिए विभिन्न तकनीकों का प्रयोग करने के लिए खोज विंडो को परिभाषित करता है।

छोटे 10-100 एनएम सुविधाओं के स्थान की सुविधा, अतिरिक्त बड़े SERPs nanoscale पैटर्न के पास से जोड़ रहे हैं, एकचित्रा 5 ब में दिखाया गया है। इन 800 एनएम X 800 एनएम SERPs खड़ी रेखा और 15 एनएम से प्रत्येक के अंतराल के साथ एफई मोड एचडीएल का उपयोग कर लिखा है। AFM के तेजी से स्कैन दिशा aligning SERP लाइनों (यानी, क्षैतिज स्कैनिंग) के लिए खड़ा होना करके, इन नमूनों आगे पैटर्न स्थान की सुविधा की वजह से स्थलाकृति के उच्च स्थानिक आवृत्ति को AFM के चरण छवि में एक उच्च विपरीत दिखाने के लिए करते हैं। इन नमूनों में पाए जाते हैं एक बार, यह बड़े पैटर्न के लिए लगभग 100 एनएम सटीकता रिश्तेदार के साथ रखा जाता है जो छोटे nanoscale पैटर्न खोजने के लिए बहुत आसान हो जाता है।

इस nanostructure निर्माण की प्रक्रिया के लिए, नमूना चित्र 1 में रेखाचित्र के रूप में दिखाया गया एचडीएल, प्रदर्शन किया गया है एक बार प्रत्येक प्रमुख कदम प्रक्रिया के बीच वायुमंडलीय जोखिम आए। यह देखते हुए, यह नमूना से निपटने में किसी भी बिंदु पर नीचा दिखाना नहीं है कि आश्वासन दिया जाना चाहिए। जैसा कि ऊपर दिखाए, पृष्ठभूमि बयान डी के एक सीमित मात्रा में हैuring पृष्ठभूमि दोष साइटों पर बीज के लिए माना जाता है कि जो ALD,। 31 इस प्रकार, अनुचित हैंडलिंग पृष्ठभूमि दोषों की संख्या बढ़ाने के लिए और स्पष्ट ALD चयनात्मकता कम कर सकते हैं बढ़ाया वातावरण जोखिम के रूप में इस तरह के। एक अतिरिक्त सतह गिरावट तंत्र वातावरण की स्थिति के लिए UHV लोड ताला से नमूने के उतार के दौरान हो सकता है। 29 इस समस्या को कम करने के लिए, UHV में एक रैखिक actuator पर रखा गया था, जो एक वसंत लोड नीलमणि चिप 125 माइक्रोन मोटी करने के लिए संपर्क करता है नमूना जो संपर्कों सतह का क्षरण को रोकने के लिए नमूना बढ़ते पन्नी। नमूना वातावरण की स्थिति पर एक बार, झूलने बंधन संचय की दर बनी हुई है कम (यानी, <0.1% / घंटा) कम से कम कई घंटे के लिए, तो जब तक नमूना इस तरह के भीतर अर अति शुद्ध रूप में एक स्थिर वातावरण में डाला जाता है के रूप में कम से कम 1 घंटा से अधिक होने के कारण सतह को नुकसान करने के लिए अतिरिक्त पृष्ठभूमि बयान कम रहना चाहिए। इस बिंदु पर, यह नमूना नहीं होना चाहिए कि ध्यान दिया जाना चाहिएइस सतह के नुकसान की संभावना को जोड़ने के लिए एक अतिरिक्त वेंट / पम्प नीचे चक्र की आवश्यकता है, के रूप में एक निर्वात वातावरण में tored। एचडीएल और ALD के बीच इस बार नमूना खोदना मुखौटा अभी तक लागू नहीं किया गया है के बाद से सबसे ज्यादा संवेदनशील है, जिस पर बिंदु है। ALD के बाद, नमूना अभी भी सुरक्षा की जरूरत है, लेकिन केवल वजह से सिलिकॉन डाइऑक्साइड गठन, एक अपेक्षाकृत धीमी प्रक्रिया के लिए अतिरिक्त मुखौटा वृद्धि को रोकने के लिए।

चित्रा 4 में दिखाया गया पैटर्न में, एचडीएल लाइन के किनारे तक पहुँच जाता है के रूप में depassivation की दक्षता में एक स्थानिक रोल के साथ बंद, पैटर्न के केंद्र के भीतर पृष्ठभूमि एच के> 80% हटा दिया। 24 सीमा को देखते हुए ALD पूरी तरह depassivated पैटर्न (चित्रा 3) पर पृष्ठभूमि और ऊष्मायन मुक्त विकास पर की बहुत सीमित है, पूरी तरह से प्रभावी एचडीएल और कोई एचडीएल से एक संक्रमण है, जहां एफई मोड पैटर्न के किनारों, ALD मुखौटा वृद्धि की प्रभावशीलता का एक संक्रमण दिखा। के दौरान 70% एच हटाने के नीचेइस संक्रमण आंशिक मुखौटा बयान तब होता है, जहां एक एफई मोड लाइन के प्रत्येक पक्ष पर ~ 2 एनएम की एक अनुमानित क्षेत्र का संकेत उत्पन्न करने के लिए शुरू होता है, जहां एचडीएल। 35 इसके अतिरिक्त, ALD विकास, 36 आगे मुखौटा रिश्तेदार को विस्तृत बनाने के लिए एक "मशरूम" तरीके से होती है एचडीएल पैटर्न के लिए है कि राशि के द्वारा किसी भी मुखौटा सुविधाओं broadens एनएम 2.8 का एक मुखौटा हैं। ALD linewidth डब्ल्यू एम के रूप में व्यक्त किया जा सकता है, संक्षेप करने के लिए = डब्ल्यू डब्ल्यू एम कुल चौड़ाई है जहां + F (δH) + एम बैठ गया, डब्ल्यू है बैठ एचडीएल के> 70% को दूर करने के लिए संतृप्त है जहां लाइन की चौड़ाई सतह एच, एफ (δH) की वजह से एच सतह पर शेष के घनत्व के कारण प्रत्येक बिंदु पर विकास के लिए अतिरिक्त चौड़ाई है, और एम विकास की बाढ़ की वजह से अतिरिक्त linewidth है। δH संतृप्त किनारे से स्थानिक दूरी पर निर्भर करता हैएचडीएल पद्धति का, एफ इतना (δH) एचडीएल के स्थानिक निर्भरता के बाद से वहाँ एफ (R) हो जाता है। इन शब्दों के, डब्ल्यू समग्र linewidth में प्राथमिक भूमिका निभाता बैठे थे, और अन्य शर्तों लाइन किनारों का रोल बंद की डिग्री का निर्धारण।

अंतिम nanostructure निर्माण के साथ, ALD मुखौटा अकेले कुल सुविधा का आकार निर्धारित नहीं करता है। इसके बजाय, पैटर्न आकार मुखौटा के तहत सब्सट्रेट के कटाव की डिग्री पर निर्भर करता है। कुल नक्काशी linewidth डब्ल्यू टी = डब्ल्यू एम के रूप में व्यक्त किया जाता है - कारण नक़्क़ाशी प्रक्रिया के लिए डब्ल्यू, डब्ल्यू एक कटाव linewidth, या पैटर्न आकार में कमी को इंगित करता है, जहां - डब्ल्यू = डब्ल्यू + F (R) + एम बैठ गया। यह अन्य बातों के, डब्ल्यू एम के लिए ऊपर वर्णित के रूप में खोदना मुखौटा की मोटाई और गुणवत्ता के बीच, पर निर्भर करता है। एफया एचिंग अधिक जटिल गतिशीलता हैं, सुझाव है कि हालांकि यह मुखौटा आकार के सापेक्ष एचिंग के बाद सुविधा आकार के लिए एक संशोधन है कि वहाँ मनाया जाता है, डब्ल्यू कार्यकाल शून्य है, तब होता है से पहले linewidth बस मुखौटा को हटाने की आवश्यकता एक मामले में जहां खेलने पर।

Linewidth सीमाओं का निर्धारण करने के तत्वों में से, डब्ल्यू बंद हो जाता है थोक ALD के रूप में ही प्रदर्शित होने के विकास से पहले ~ 4 एनएम की एक न्यूनतम चौड़ाई को कम किया जा सकता बैठ गया। अन्य तत्वों के 35 मशरूम विकास प्रभाव, एम (और एक परिणाम डब्ल्यू एम के रूप में) टोटल फिल्म मोटाई कम हो जाता है, तो केवल एचिंग के बाद कुल nanostructure ऊंचाई के साथ correlating, कम किया जा सकता है। सतह पर शेष एच के घनत्व के स्थानिक निर्भरता की वजह से प्रभाव को व्यापक बनाने लाइन, एफ (δH), लगभग शून्य एचडीएल लाइन का उत्पादन जो बहु मोड एचडीएल का उपयोग करके कम किया जा सकता नगण्य लिन के साथ किनारोंई बढ़त रोल बंद। 24 एफ (δH) में इस कमी के प्रभाव को प्रदर्शित करने के लिए, चित्रा 6 बहु मोड एचडीएल का उपयोग कर उत्पादन वर्गों की एक पद्धति सरणी से पता चलता है। बाएं से दाएं सरणी 7 एनएम, 14 समुद्री मील दूर है, और ऊपर से नीचे तक 21 समुद्री मील दूर है, और 7 एनएम, 14 एनएम, और 21 एनएम के भीतरी एचडीएल उद्घाटन आकार के एचडीएल linewidths के साथ पैटर्न शामिल है। शीर्ष पंक्ति के साथ, नीचे पंक्ति में बहु मोड एचडीएल की एक छोटी सी misalignment जबकि वहाँ पंजीकरण <1 एनएम के लिए सटीक है। आर.आई.ई. के बाद, लाइनों के दो छोटे दोष के साथ 5 एनएम की चौड़ाई के लिए मुख्य रूप से बरकरार रहेगा, और लाइनों के बीच उद्घाटन इस मैट्रोलोजी उपकरण का उपयोग कर मुश्किल से ढूढने 7 एनएम छेद के साथ पैटर्न के सभी के लिए ढूढने हैं।

चित्रा 6
चित्रा 6 linewidth और holewidth परीक्षण। बहु मोड एचडीएल का उपयोग कर लिखा बक्से के एचडीएल (ए) एसटीएम। linewidtपंक्तियों की ज क्रमशः 21 एनएम, 14 समुद्री मील दूर है, और ऊपर से नीचे 7 समुद्री मील दूर है, और स्तंभों की holewidth 7 एनएम, 14 समुद्री मील दूर है, और क्रमश: बाएं से दाएं 21 समुद्री मील दूर है। (बी) में SEM ALD और आर.आई.ई. के बाद एक ही पैटर्न की। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

इस प्रक्रिया के अंतिम सीमा ALD प्रक्रिया, एचडीएल, एचिंग के लिए मुखौटा के प्रतिरोध की गुणवत्ता के चयनात्मकता पर निर्भर करती है, और वांछित सुविधा के लिए खुद को आकार। तरीके रसायन शास्त्र और पृष्ठभूमि दोष शमन पहले से ही ऊपर संबोधित किया गया है के आधार पर चयनात्मकता में सुधार होगा। यह पहले से नमूनों क्षेत्रों में एच दोष छोड़ने मुखौटा विकास की गुणवत्ता, और एचिंग के लिए इस प्रकार के प्रतिरोध को कम कर देता है कि दिखाया गया है। 35 इसके अलावा, एक मुखौटा "रोल-बंद 'में नमूनों लाइन किनारों परिणामों पर सावधान नियंत्रण की कमी है, या अत्यधिक टीपैटर्न के करीब नियुक्ति को रोकने के एक नजदीकी प्रभाव के रूप में कार्य करता है जो पैटर्न के किनारों के साथ मुखौटा के hinning। सौभाग्य से, खोदना प्रक्रिया के चयनात्मकता मुखौटा मोटाई पर निर्भर करता है, तो पैटर्न के किनारों के साथ पृष्ठभूमि या दोष पर नकली बयान के लिए शुद्ध प्रभाव छोटा है। इसके अलावा, 20 एनएम से भी कम संरचनाओं के लिए, पतली मुखौटा परतों की संभावना संभव हो जाएगा। ALD विकास एक मशरूम तरीके से होता है, की वजह से छोटे संरचनाओं के लिए पतली मास्क भी बेहतर पार्श्व नियंत्रण और यहाँ का प्रदर्शन उन लोगों की तुलना में छोटे सुविधाओं में परिणाम होगा। परम सुविधा के आकार में कटौती इस प्रक्रिया के लिए नहीं जाना जाता है, वहीं निश्चित रूप से कुछ नीचे स्केलिंग की संभावना है।

SEM के मैट्रोलोजी सुविधा आकार और स्थिति के बारे में अनिश्चितता छोड़ देता है, वहीं चित्रा 1 के शीर्ष में वर्णित पहले मैट्रोलोजी कदम के रूप में लिखा एचडीएल पैटर्न के संबंध में परमाणु परिशुद्धता देता है। सी (100) एच सतह एक देखें के होते हैंएसटीएम एक गैर विनाशकारी इमेजिंग मोड में संचालित किया जा सकता है के बाद से Y नियमित रूप से जाली, और, एचडीएल पैटर्न में इस तरह के ई-बीम लिथोग्राफी के रूप में अन्य तकनीकों के विपरीत आगे सतह क्षति या आगे की आकृति, उत्प्रेरण के बिना imaged किया जा सकता है। अपरिवर्तनीय सी (100) जाली के परमाणु पैमाने इमेजिंग के साथ, एसटीएम मैट्रोलोजी AFM और SEM के मैट्रोलोजी चरणों से संबंधित स्थिति अनिश्चितता का सबसे बड़ा हिस्सा समाप्त। चित्रा 6B में बॉक्स सरणी उदाहरण के लिए, विषम दिखाई देता है। एसटीएम सरणी के भीतर सुविधा पदों के परमाणु परिशुद्धता देने के उच्च संकल्प मैट्रोलोजी के साथ, स्पष्ट तिरछा SEM के इमेजिंग कलाकृतियों की वजह से होने की पुष्टि की जा सकती है। इसके अलावा, सरणी सुविधाओं के बीच अत्यधिक ठीक जाना spacings के साथ, SEM छवियों में linewidths करने के लिए सम्मान के साथ एक अतिरिक्त अंशांकन अनिश्चितता समाप्त हो रहा है।

इस पांडुलिपि स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप के परमाणु परिशुद्धता का इस्तेमाल करता है जो एक nanofabrication विधि का वर्णन-में स्थित हाइड्रोजन depassivation लिथोग्राफी (एचडीएल)। एचडीएल नीचे 10 एनएम के लिए नीचे का प्रदर्शन titania की परमाणु परत बयान एक पार्श्व आयाम के साथ एक स्थानीय खोदना मुखौटा पैदा करता है, जहां एक सी (100) एच के सतह पर रासायनिक प्रतिक्रियाशील पैटर्न पैदा करता है। प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी तो उच्च परिशुद्धता पार्श्व नियंत्रण के साथ 17 एनएम लंबा पैटर्न बनाने, सब्सट्रेट में एचडीएल पैटर्न स्थानान्तरण। इन परिणामों को प्राप्त करने के लिए, नमूने निकाल और उपकरणों के बीच स्थानांतरण के दौरान संरक्षित किया जाना चाहिए। नमूना से निपटने के सावधान नियंत्रण के साथ, परमाणु जाली करने के लिए पता लगाने की क्षमता के साथ nanostructures के परमाणु स्थिति सटीक और ~ 1 एनएम आकार परिशुद्धता के साथ निर्मित किया जा सकता है।

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Acknowledgments

इस काम के DARPA (N66001-08-सी-2040) से एक अनुबंध द्वारा और टेक्सास राज्य के उभरते प्रौद्योगिकी कोष से अनुदान द्वारा समर्थित किया गया। लेखक अपने चुनिंदा परमाणु परत बयान से संबंधित योगदान है, साथ ही पूर्व के आस नमूना प्रसंस्करण के लिए वालेस मार्टिन और गॉर्डन पोलक के लिए Jiyoung किम, ग्रेग Mordi, एंजेला Azcatl, और टॉम Scharf स्वीकार करना चाहते हैं।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Si Wafer VA Semiconductor P type (Boron) Si<100> ± 2 degrees, 280 mm ± 25 mm thick, 0.01-0.02 ohm-cm
Ta foil Alfa Aesar 335 0.025 mm (0.001 in) thick, 99.997% (metals basis)
Methanol Alfa Aesar 19393 Semiconductor Grade, 99.9%
2-Propanol Alfa Aesar 19397 Semiconductor Grade, 99.5%
Acetone Alfa Aesar 19392 Semiconductor Grade, 99.5%
Argon Praxair Ultra high purity (grade 5.0)
Deionized water Millipore Milli-Q Water Purification System >18 MW resistance water produced on demand.
TiCl4 Sigma Aldrigh 254312 ≥99.995% trace metals basis
O2 Matheson G2182101 Research Grade
SF6 Matheson G2658922 Ultra high purity (grade 4.7)
Blue Medium Tack Roll Semiconductor Equipment Corporation 18074 Thickness 75 μm / 0.003”  Length 200 M / 660’ 

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References

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