Способ создания микролинз диаметром менее 50 нм для нанолитографии методами атомной проекционной оптики
В данной статье предлагается способ создания массива микролинз, предназначенных для атомной проекционной нанолитографии, на мембране
 Si3N4 толщиной порядка 40 нм. На мембрану напыляется проводящая
 пленка толщиной порядка 30 нм, предотвращающая зарядку, что необходимо для устранения...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2009
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76394 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Способ создания микролинз диаметром менее 50 нм для
 нанолитографии методами атомной проекционной оптики / А.А. Кузин, А.В. Заблоцкий, А.С. Батурин, Д.А. Лапшин, П.Н. Мелентьев, В.И. Балыкин // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 1. — С. 163-168. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860228964345184256 |
|---|---|
| author | Кузин, А.А. Заблоцкий, А.В. Батурин, А.С. Лапшин, Д.А. Мелентьев, П.Н. Балыкин, В.И. |
| author_facet | Кузин, А.А. Заблоцкий, А.В. Батурин, А.С. Лапшин, Д.А. Мелентьев, П.Н. Балыкин, В.И. |
| citation_txt | Способ создания микролинз диаметром менее 50 нм для
 нанолитографии методами атомной проекционной оптики / А.А. Кузин, А.В. Заблоцкий, А.С. Батурин, Д.А. Лапшин, П.Н. Мелентьев, В.И. Балыкин // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 1. — С. 163-168. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| description | В данной статье предлагается способ создания массива микролинз, предназначенных для атомной проекционной нанолитографии, на мембране
Si3N4 толщиной порядка 40 нм. На мембрану напыляется проводящая
пленка толщиной порядка 30 нм, предотвращающая зарядку, что необходимо для устранения эффективного уширения пучка. Затем фокусированным ионным пучком прожигаются отверстия. После чего полученные
отверстия «заращиваются» до нужного диаметра за счет индуцированного электронным пучком осаждения углеродосодержащих соединений из
остаточных газов камеры. Минимальный полученный диаметр атомной
микролинзы составил 20 нм.
У даній статті пропонується спосіб створення масиву мікролінз, призначених для атомової проєкційної нанолітографії, на мембрані Si3N4 товщиною порядку 40 нм. На мембрану напорошується провідна плівка товщиною порядку 30 нм, яка запобігає заряджанню, що необхідно для усунення ефективного розширення жмута. Потім сфокусованим йонним жмутом
пропалюються отвори. Після чого одержані отвори «зарощуються» до потрібного діяметра за рахунок індукованого електронним жмутом осадження вуглецевмісних сполук із залишкових газів камери. Мінімальний
одержаний діяметер атомової мікролінзи склав 20 нм.
The method is suggested for fabrication of the array of microlenses on Si3N4
membrane with the thickness of 40 nm, which are intended for atomic projective
nanolithography. Conductive film with the thickness of 30 nm, which
prevents substrate charging, is deposited on the membrane. Such a charging
results in a beam widening. Then a focused ion beam burns orifices. After
that, orifices are overgrown to a required diameter by electron-beam-assisted deposition of carbon-bearing compounds from residual camera gases. The
minimal diameter of the obtained microlenses is 20 nm.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:20:45Z |
| format | Article |
| fulltext |
163
PACS numbers: 37.25.+k, 81.15.Hi, 81.15.Jj, 81.16.Nd, 81.16.Rf, 85.65.+h
Способ создания микролинз диаметром менее 50 нм для
нанолитографии методами атомной проекционной оптики
А. А. Кузин, А. В. Заблоцкий, А. С. Батурин, Д. А. Лапшин*,
П. Н. Мелентьев*, В. И. Балыкин*
Московский физико-технический институт,
Институтский переулок, 9,
141700 Долгопрудный, Московская область, Россия
*Институт спектроскопии РАН,
ул. Физическая, 5,
142190 Троицк, Московская область, Россия
В данной статье предлагается способ создания массива микролинз, пред-
назначенных для атомной проекционной нанолитографии, на мембране
Si3N4 толщиной порядка 40 нм. На мембрану напыляется проводящая
пленка толщиной порядка 30 нм, предотвращающая зарядку, что необхо-
димо для устранения эффективного уширения пучка. Затем фокусиро-
ванным ионным пучком прожигаются отверстия. После чего полученные
отверстия «заращиваются» до нужного диаметра за счет индуцированно-
го электронным пучком осаждения углеродосодержащих соединений из
остаточных газов камеры. Минимальный полученный диаметр атомной
микролинзы составил 20 нм.
У даній статті пропонується спосіб створення масиву мікролінз, призна-
чених для атомової проєкційної нанолітографії, на мембрані Si3N4 товщи-
ною порядку 40 нм. На мембрану напорошується провідна плівка товщи-
ною порядку 30 нм, яка запобігає заряджанню, що необхідно для усунен-
ня ефективного розширення жмута. Потім сфокусованим йонним жмутом
пропалюються отвори. Після чого одержані отвори «зарощуються» до по-
трібного діяметра за рахунок індукованого електронним жмутом оса-
дження вуглецевмісних сполук із залишкових газів камери. Мінімальний
одержаний діяметер атомової мікролінзи склав 20 нм.
The method is suggested for fabrication of the array of microlenses on Si3N4
membrane with the thickness of 40 nm, which are intended for atomic projec-
tive nanolithography. Conductive film with the thickness of 30 nm, which
prevents substrate charging, is deposited on the membrane. Such a charging
results in a beam widening. Then a focused ion beam burns orifices. After
that, orifices are overgrown to a required diameter by electron-beam-assisted
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2009, т. 7, № 1, сс. 163—168
© 2009 ІМФ (Інститут металофізики
ім. Г. В. Курдюмова НАН України)
Надруковано в Україні.
Фотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
164 А. А. КУЗИН, А. В. ЗАБЛОЦКИЙ, А. С. БАТУРИН и др.
deposition of carbon-bearing compounds from residual camera gases. The
minimal diameter of the obtained microlenses is 20 nm.
Ключевые слова: нанолитография, атомная оптика, фокусированный
ионный пучок, индуцированное электронным пучком осаждение.
(Получено 23 ноября 2007 г.)
1. ВВЕДЕНИЕ
Создание отверстий диаметром 10—50 нм и менее в тонких пленках и
мембранах является востребованной задачей практического приме-
нения нанотехнологий как в области биологии и медицины [1], так и
для производства структур наноэлектроники, спинтроники и т.д. В
настоящее время структуры с размерами элементов менее 50 нм и
количеством более чем 106
идентичных элементов производятся в
основном методами оптической литографии и наноимпринтинга.
Однако подобные методы с указанной производительностью являют-
ся довольно дорогими и недоступными широкому кругу исследова-
телей.
Альтернативный подход состоит в использовании атомной про-
екционной нанолитографии. Метод основан на фокусировке атом-
ных пучков массивом атомных микролинз. Простейшая схема
атомной нанолитографии основана на применении идеи оптической
«камеры-обскуры» (рис. 1).
В атомной «камере-обскуре» пучок атомов пропускается через ме-
таллическую маску, формируя таким образом «светящийся объект»
заданной геометрии c характерными размерами Z = 20—200 мкм. Ато-
мы, прошедшие через маску, поступают на мембрану, отстоящую от
маски на расстояние L = 5 см, содержащую большое количество (по-
рядка 106) отверстий диаметром 20—200 нм. Каждое из отверстий яв-
ляется «камерой-обскурой», формирующей на поверхности подложки
Рис. 1. Схема атомной проекционной нанолитографии.
СПОСОБ СОЗДАНИЯ МИКРОЛИНЗ ДИАМЕТРОМ МЕНЕЕ 50 НМ 165
(находящейся на расстоянии l = 5 мкм) своё индивидуальное изобра-
жение «светящегося объекта», уменьшенное в 104
раз. В результате на
подложке формируется массив идентичных маске наноструктур.
В реальной практике критической величиной, определяющей
разрешение нанолитографии, является диаметр микролинз, фоку-
сирующих атомный пучок. Для достижения размера создаваемых
структур менее 50 нм микролинзы также должны иметь диаметр
менее 50 нм.
Такие микролинзы возможно создавать с помощью ускорителя
элементарных частиц в результате образование треков разогнанного
пучка ионов криптона с пленкой полиэтилентерефталата толщиной
5 мкм [2]. Однако такой способ обладает рядом недостатков: принци-
пиальная невозможность контролировать расположение микролинз;
длинный канал трека в пленке, который приводит к падению интен-
сивности проходящего пучка нейтральных атомов при нанолитогра-
фии из-за оседания на стенках и в итоге к «забиванию» канала.
2. ПРЕДЛАГАЕМЫЙ ПОДХОД
Для создания массива микролинз в работе используется нанотехно-
логический комплекс Quanta 3D Dual Beam (FEI Co.), сочетающий в
себе растровый электронный микроскоп и управляемый фокусиро-
ванный ионный пучок. В качестве мембраны была выбрана пленка
Si3N4 толщиной порядка 40 нм.
В процессе работы выяснилось, что зарядка нитридной пленки
производит эффективное уширение пучка ионов, которое приводит
к увеличению диаметра прожигаемых отверстий или к полной не-
возможности ионного травления. Для снятия заряда наносилась
пленка толщиной порядка 30 нм из проводящего металла (нержа-
веющая сталь), которая была заземлена.
Чтобы отследить момент прожигания мембраны, к проводящей
подложке под мембраной был подключен пикоамперметр (рис. 2). В
момент создания сквозного отверстия происходит скачкообразное
изменение величины тока, поглощенного подложкой, что служит
сигналом к остановке ионного травления.
Рис. 2. Создание отверстий в тонкой пленке.
166 А. А. КУЗИН, А. В. ЗАБЛОЦКИЙ, А. С. БАТУРИН и др.
При токе ионного пучка 10 пА и энергии 30 кэВ были получены
отверстия диаметром 70—100 нм (рис. 3).
Для получения отверстий менее 50 нм было предложено «зара-
щивать» имеющиеся отверстия за счет индуцированного электрон-
ным пучком осаждения углеродосодержащих соединений из оста-
точных газов рабочей камеры микроскопа [3]. Скорость «заращи-
вания» пропорциональна току вторичной эмиссии электронов, по-
этому для электронного пучка задается энергия 2 кэВ, так как это
значение энергии обеспечило оптимальную скорость заращивания в
данной работе. При этом удалось достичь размеров микролинз по-
рядка 20 нм (рис. 4).
Таким образом, предлагаемый способ создания массива микро-
Рис. 3. Отверстия, полученные путем ионной резки.
Рис. 4. Отверстия после заращивания за счет осаждения, индуцирован-
ного электронным пучком.
СПОСОБ СОЗДАНИЯ МИКРОЛИНЗ ДИАМЕТРОМ МЕНЕЕ 50 НМ 167
линз для нанолитографии состоит из трех этапов: (1) напыление
проводящей пленки; (2) вытравливание отверстий минимально
возможного диаметра ионным пучком; (3) «заращивание» отвер-
стий до нужного диаметра за счет индуцированного электронным
пучком осаждения пленки.
Для автоматизации процесса создания большого массива микро-
линз можно использовать штатное программное обеспечение элек-
тронно-лучевой литографии и ионного травления. Для этого необ-
ходимо при ионном травлении задать желаемое количество шабло-
нов круглой формы с диаметром, равным диаметру ионного пучка.
Параметры экспозиции при ионном травлении подбираются для
прожигания пленки насквозь. Травление можно прекращать авто-
матически в момент регистрации резкого увеличения показаний
амперметра (рис. 2), измеряющего ток, поглощенный подложкой.
Исходя из размеров получившихся отверстий, подбирают дозу экс-
позиции электронного пучка для «заращивания» отверстий до тре-
буемого диаметра. Область сканирования электронным пучком
должна иметь квадратную форму с длиной грани, как минимум в
три раза превышающей диаметр отверстия.
3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Варьируя параметры ионного травления и дозу экспозиции элек-
Рис. 5. Наноструктура из атомов In на поверхности Si, полученная сред-
ствами атомной проекционной нанолитографии.
168 А. А. КУЗИН, А. В. ЗАБЛОЦКИЙ, А. С. БАТУРИН и др.
тронного пучка, удалось получить отверстия с диаметром от 20 нм
до 200 нм. При использовании данных микролинз в атомной проек-
ционной нанолитографии получены структуры с характерным раз-
мером от 30 нм до 270 нм (рис. 5).
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ № 08-02-
00871-а, № 08-02-00653-а, № 08-02-12045 и Роснауки (Государст-
венный контракт 02.552.11.7033).
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. J. Zhou and G. Yang, International Journal of Precision Engineering and
Manufacturing, 7, No. 4: 19 (2006).
2. V. I. Balykin, P. A. Borisov, V. S. Letokhov, P. N. Melent’ev, S. N. Rudnev,
A. P. Cherkun, A. P. Akimenko, P. Yu. Apel’, and V. A. Skuratov, JETP
Letters, 84, No. 8: 466 (2006).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-76394 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1816-5230 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:20:45Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кузин, А.А. Заблоцкий, А.В. Батурин, А.С. Лапшин, Д.А. Мелентьев, П.Н. Балыкин, В.И. 2015-02-10T10:57:57Z 2015-02-10T10:57:57Z 2009 Способ создания микролинз диаметром менее 50 нм для
 нанолитографии методами атомной проекционной оптики / А.А. Кузин, А.В. Заблоцкий, А.С. Батурин, Д.А. Лапшин, П.Н. Мелентьев, В.И. Балыкин // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 1. — С. 163-168. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 37.25.+k,81.15.Hi, 81.15.Jj, 81.16.Nd, 81.16.Rf, 85.65.+h https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76394 В данной статье предлагается способ создания массива микролинз, предназначенных для атомной проекционной нанолитографии, на мембране
 Si3N4 толщиной порядка 40 нм. На мембрану напыляется проводящая
 пленка толщиной порядка 30 нм, предотвращающая зарядку, что необходимо для устранения эффективного уширения пучка. Затем фокусированным ионным пучком прожигаются отверстия. После чего полученные
 отверстия «заращиваются» до нужного диаметра за счет индуцированного электронным пучком осаждения углеродосодержащих соединений из
 остаточных газов камеры. Минимальный полученный диаметр атомной
 микролинзы составил 20 нм. У даній статті пропонується спосіб створення масиву мікролінз, призначених для атомової проєкційної нанолітографії, на мембрані Si3N4 товщиною порядку 40 нм. На мембрану напорошується провідна плівка товщиною порядку 30 нм, яка запобігає заряджанню, що необхідно для усунення ефективного розширення жмута. Потім сфокусованим йонним жмутом
 пропалюються отвори. Після чого одержані отвори «зарощуються» до потрібного діяметра за рахунок індукованого електронним жмутом осадження вуглецевмісних сполук із залишкових газів камери. Мінімальний
 одержаний діяметер атомової мікролінзи склав 20 нм. The method is suggested for fabrication of the array of microlenses on Si3N4
 membrane with the thickness of 40 nm, which are intended for atomic projective
 nanolithography. Conductive film with the thickness of 30 nm, which
 prevents substrate charging, is deposited on the membrane. Such a charging
 results in a beam widening. Then a focused ion beam burns orifices. After
 that, orifices are overgrown to a required diameter by electron-beam-assisted deposition of carbon-bearing compounds from residual camera gases. The
 minimal diameter of the obtained microlenses is 20 nm. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ № 08-02-00871-а, № 08-02-00653-а, № 08-02-12045 и Роснауки (Государственный контракт 02.552.11.7033). ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Способ создания микролинз диаметром менее 50 нм для нанолитографии методами атомной проекционной оптики Method for Production of Microlenses Less Than 50 nm in Diameter for Nanolithography Using Atomic Projective Optics Article published earlier |
| spellingShingle | Способ создания микролинз диаметром менее 50 нм для нанолитографии методами атомной проекционной оптики Кузин, А.А. Заблоцкий, А.В. Батурин, А.С. Лапшин, Д.А. Мелентьев, П.Н. Балыкин, В.И. |
| title | Способ создания микролинз диаметром менее 50 нм для нанолитографии методами атомной проекционной оптики |
| title_alt | Method for Production of Microlenses Less Than 50 nm in Diameter for Nanolithography Using Atomic Projective Optics |
| title_full | Способ создания микролинз диаметром менее 50 нм для нанолитографии методами атомной проекционной оптики |
| title_fullStr | Способ создания микролинз диаметром менее 50 нм для нанолитографии методами атомной проекционной оптики |
| title_full_unstemmed | Способ создания микролинз диаметром менее 50 нм для нанолитографии методами атомной проекционной оптики |
| title_short | Способ создания микролинз диаметром менее 50 нм для нанолитографии методами атомной проекционной оптики |
| title_sort | способ создания микролинз диаметром менее 50 нм для нанолитографии методами атомной проекционной оптики |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76394 |
| work_keys_str_mv | AT kuzinaa sposobsozdaniâmikrolinzdiametrommenee50nmdlânanolitografiimetodamiatomnoiproekcionnoioptiki AT zablockiiav sposobsozdaniâmikrolinzdiametrommenee50nmdlânanolitografiimetodamiatomnoiproekcionnoioptiki AT baturinas sposobsozdaniâmikrolinzdiametrommenee50nmdlânanolitografiimetodamiatomnoiproekcionnoioptiki AT lapšinda sposobsozdaniâmikrolinzdiametrommenee50nmdlânanolitografiimetodamiatomnoiproekcionnoioptiki AT melentʹevpn sposobsozdaniâmikrolinzdiametrommenee50nmdlânanolitografiimetodamiatomnoiproekcionnoioptiki AT balykinvi sposobsozdaniâmikrolinzdiametrommenee50nmdlânanolitografiimetodamiatomnoiproekcionnoioptiki AT kuzinaa methodforproductionofmicrolenseslessthan50nmindiameterfornanolithographyusingatomicprojectiveoptics AT zablockiiav methodforproductionofmicrolenseslessthan50nmindiameterfornanolithographyusingatomicprojectiveoptics AT baturinas methodforproductionofmicrolenseslessthan50nmindiameterfornanolithographyusingatomicprojectiveoptics AT lapšinda methodforproductionofmicrolenseslessthan50nmindiameterfornanolithographyusingatomicprojectiveoptics AT melentʹevpn methodforproductionofmicrolenseslessthan50nmindiameterfornanolithographyusingatomicprojectiveoptics AT balykinvi methodforproductionofmicrolenseslessthan50nmindiameterfornanolithographyusingatomicprojectiveoptics |