چکیده

با پیشرفت روز افزون صنعت نیمه هادی بحث مجتمع سازی مدارات مقرون به صرفه جایگاه ویژهای در میان تحقیقات گوناگون یافته است. در این میان نانولیتوگرافی به عنوان روشی برای کاهش اندازه الگوها، در مجتمع سازی مدارات سهم بسزایی داشته است. نانولیتوگرافی پروب روبشی به علت قابلیت ایجاد الگوهایی با قدرت تفکیک پذیری بسیار بالا و الگو نگاری مستقیم از مهمترین تکنیکهای نانولیتوگرافی به شمار میرود. نانولیتوگرافی نوری میدان نزدیک روبشی ، از یکسو از مزایای استفاده از نور مانند عدم تأثیر مستقیم بر نمونه و از سوی دیگر از مزایای قدرت تفکیکپذیری بالای موجود در سیستم های روبشی بهرهمند است. در این پایان نامه ابتدا نحوه ی پیادهسازی روشهای گوناگون نانولیتوگرافی پروب روبشی، اصول عملکرد میکروسکوپ نوری میدان نزدیک روبشی و روش های ساخت پروبهای این میکروسکوپ مورد مطالعه قرار گرفته است. سپس بر اساس امکانات موجود در آزمایشگاه نیمه هادی پروب فیبر نوری بدون روزنه جهت انجام نانولیتوگرافی ساخته شده است. در مرحله ی بعد مطابق با دستورالعملهای موجود لایهای از فوتور زیست با ضخامت مناسب بر روی زیر لایه ی سیلیکنی نشانده و پس از آن الگوهای نانومتری با استفاده از روبشی پروب نانومتری روی لایه فوتور زیست پیادهسازی شده است. مشخصه یابی اولیه نمونه ها بلافاصله پس از نانولیتوگرافی الگوها به کمک تصویر نیروی روبشی دستگاه انجام شده است. پس از ظهور فوتورزیست، الگوهای حاصله با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفتهاند و سپس اثر تغییرات سرعت روبشی و تکرار الگوها بر عمق و پهنای الگوها بررسی شده است. حداقل ضخامت خط دست یافته در فرآیند مورد استفاده ۳۳ نانومتر است. این خط یکی از نازکترین خطوط ایجاد شده به روش نانولیتوگرافی نوری میدان نزدیک روبشی است.

کلمات کلیدی: میکروسکوپ نوری میدان نزدیک روبشی، پروب، نانولیتوگرافی، فوتور زیست.

فهرست مطالب

فصل اول:مقدمه

۶-۱-۱ ظاهر کردن رزیست

ظهور رزیست بدون شک یکی از مهم ترین مراحل پروسه ی لیتوگرافی است. ماده ی مورد استفاده برای ظاهر کردن TMAH با غلظت N ۲/ ۰ – ۰/۶ میباشد. در گذشته ظهور دستهای “روش غالب ظاهر کردن بود. در این روش تعداد ۱۰ تا ۲۰ و یا بیشتر از ویفرها بصورت همزمان در یک بشر بزرگ ظاهر می گشتند. در اواخر دهه ی هفتاد روش های دیگری رایج شدند. ظهور چرخشی ” روشی مشابه روش پوششی چرخشی است که در آن محلول ظاهرکننده روی ویفر در حال چرخش ریخته میشود. ظهور افشانهای فرآیندی است مشابه ظهور چرخشی با این تفاوت که به جای ریختن، ماده ی ظاهر کننده توسط یک افشانک روی سطح رزیست افشانده می شود.

۷-۱-۱ پخت بعد از ظاهر کردن

این پخت برای سفت شدن لایه ی نهایی رزیست جهت آمادهسازی برای مرحله ی کاشت و زدایش است. دمای مورد نیاز برای این فرآیند (۱۲۰-۱۵۰C) می باشد که باعث اتصال عرضی رزین پلیمری در فتور زیست و در نتیجه پایداری آن میگردد. نوردهی با نور ماورا بنفش عمیق و بمباران الکترونی از جمله روشهای دیگری است که برای السفات شدن فوتورزياست استفاده می شوند

۸-۱-۱ اندازه گیری و بازرسی رزیست

بعد یا قبل از مرحله ی پخت ثانویه الگوی رزیست برای کنترل کفاییت پروسه تحت بازرسی و اندازه گیری قرار می گیرد. در این مرحله ویژگی های رزیست از لحاظ اندازه صحیح، مطابقت با الگوی پیش بینی شده و عاری از نقص بودن توسط میکروسکوپ چک می شود. در صورت وجود اشکال، کلی رزیست برداشته شده و پروسه از ابتدا تکرار می شود

۹-۱-۱ انتقال الگو

سه روش اساسی برای انتقال الگو به زیر لایه، انتقال کاهشی (زدایش )، انتقال افزایشی (نشاندن انتخابی) و دوپینگ ناخالصی ( کاشت یونی) است. زدایش معمول ترین روش انتقال است که در آن نواحی بدون پوشش فتور زیست زدایش می گردند. زدایش با استفاده از ماده شیمیایی تر مثل اسید یا از طریق محیط پلاسما خشک قابل انجام است. فتور زیست در برابر ماده ی زدایش کننده مقاومت کرده و از ماده ی زیرین خود محافظت می کند. در روش انتقال افزایشی یک لایه ی یکنواخت از مادهای که باید الگو نگاری شود روی زیر لایه ی بدون پوششی فوتور زیست نشانده می شود. در کاشت یونی از باریکه ی یونهای ناخالصی شتاب یافته، استفاده می شود. در این روش رزیست یونها را متوقف کرده ولی نواحی بدون پوشش تحت کاشت یونها قرار میگیرند

۱-۱- ۱۰ حذف رزیست

بعد از انتقال الگو به سطح ویفر، فتور زیست باقیمانده باید برداشته شود. دو روش برای حذف رزیست روتراشی تر با استفاده از حلال های آلی یا غیرآلی و روتراشی خشک با استفاده از پلاسما است. یک مثال ساده از از روتراشی آلی استون است. اما این ماده بعلت باقی گذاشتن پس ماند روی ویفر چندان مناسب نمی باشد.مواد فنول – پایه حذف کنندههای تجاری از نوع حلال های آلی هستند. حذف تک لایه ی نهایی فتور زیست از سطح ویفر بار و تراشی تر غیر ممکن است. به همین منظور فرآیند روتراشی پلاسما به دنبال آن انجام می پذیرد

1-1-لیتوگرافی نوری 2

1-1-1-آماده سازی زیرلایه 4

1-1-2-لایه نشانی فوتورزیست 5

1-1-3-پخت بعد ازلایه نانی فتورزیست 8

1-1-4-نوردهی رزیست وتراز کردن ماسک 9

1-1-5-پخت بعداز نوردهی   11

1-1-6-ظاهر کردن رزیست 12

1-1-7-پخت بعداز ظاهر کردن 12

1-1-8-انازه گیری وبازرسی رزیست 12

1-1-9-انتقال الگو 13

1-1-10-حذف رزیست 13

1-2-لیتوگرافی پروب روبشی 13

1-2-1-لیتوگرافی به کمک میکروسکوپ تونلی روبشی 16

1-2-1-1-لیتوگرافی میکروسکوپ تونلی روبشی در مدتماسی 18

1-2-1-2-لیتوگرافی میکروسکوپ تونلی روبشی درمد ضربه ای 18

1-2-2-نانولیتوگرافی به کمک میکروسکوپ نیروی اتمی    18

1-2-3-لیتوگرافی به روش نانومتری قلم غوطه ور 20

1-2-4-لیتوگرافی به کمک میکروسکوپ نوری مدیان نزدیک روبشی 23

1-3-مقایسه ی روش نانولیتو گرافی پروب روبشی با روش های دیگر نانولیتوگرافی 28

تاثیرامواج ایستا در لبه های رزیست

تاثیرامواج ایستا در لبه های رزیست

فصل دوم:اصول تصویر برداری درمیکروسکوپ نوری میدان نزدیک روبشی

۱-۲ محدودیت تفکیک در سیستم های تصویر برداری

در این قسمت به بررسی عامل تفرق و چگونگی اثر این عامل در پایین آوردن حد تفکیک میپردازیم.تفرق پدیده ای است که برای تمامی امواج (اعم از مکانیکی و الکترومغناطیسی) اتفاق میافتد و دلیل این امر پراکندگی موج از یک مانع ( اصطلاحاً تیز) است. بسته به طول موج، موانع با ابعاد مختلف می توانند برای هر طول موج به عنوان عامل تفرق اصلی در نظر گرفته شوند. به عنوان مثال برای امواج رادیویی، نوک قله ی یک کوه می تواند موجب تفرق شود. پدیده ی تفرق در برخی از موارد به عنوان یک پدیده ی سازنده محسوب میگردد (به عنوان مثال در انتشار امواج رادیویی پدیدهای تفرق باعث رسیدن سیگنال به گیرنده می شود)در گذر نور از یک شکاف، تصویر به وجود آمده بر روی یک صفحه در پشت شکاف، دارای نقاط روشن و تاریک خواهد بود (شکل ۲-۴). این طرح که دلیل اصلی آن پدیده تفرق است را می توان با دیدگاه موجی نور به صورت زیر بیان کرد. هر یک از نقاط منبع فرضی روی جبهه موج در گذر از شکاف قازهای متفاوتی خواهند داشت و امواج با اختلاف فازهای متفاوت بر روی صفحه، اثرات مخرب و سازنده ایجاد خواهند کرد که این امر منجر به خلق طرح نقاط روشن و تاریک خواهد شد. با کوچکتر شدن اندازه ی شکاف میزان تفرق بیشتر خواهد شد

2-1-محدودیت تفکیک درسیستم های تصویربرداری  31

2-1-1-تفرق فرنل یا تفرق میدان نزدیک  32

2-1-2-تفرق فرانهوفر یا تفرق میدان دور  32

2-2-معیار رایلی برای حد تفکیک 33

2-3-توصیف میدان نزدیک نوری 36

2-4-سیستم فیدبک 38

2-4-1-نیروهای برشی 39

2-4-1-1-نوسانات تشدیدی فیبرنوری کشیده شده 40

2-4-2-سنسورهای tuning ا  41

2-4-3-نیروهای عمودی 43

2-4-3-1- tuning fork درمد ضربه ای 44

2-4-3-2-استفاده از پروبهای فیبری خم شده 45

در SNOM بدون روزنه با روشن سازی میدان نور روشن میگردد ونور پراکنده شده توسط نوک نوسان کننده،توسط آشکار ساز قفل شونده جمع آوری میشود

در SNOM بدون روزنه با روشن سازی میدان نور روشن میگردد ونور پراکنده شده توسط نوک نوسان کننده،توسط آشکار ساز قفل شونده جمع آوری میشود

فصل سوم:پروب های میکروسکوپ میدان نزدیک

پروبهای میکروسکوپ میدان نزدیک یکی از مهمترین قسمتهای میکروسکوپ نوری میدان نزدیک روبشی پروب نوری است. پروب نانومتری می تواند یک منبع نور با اندازه ی کوچکتر از طول موج، یک آشکار ساز و یا یک منبع پراکندگی باشد. منبع نور کوچکتر از طول موج یا آشکار ساز با استفاده از یک روزنه بسیار کوچکتر از حد پراش ایجاد می شود. با این روش تنها ناحیه ی کوچکی از نمونه نوردهی شده و آسیب نوری نمونه از قبیل گرم یا سفید شدن به حداقل میرسد. معمولترین نوع پروبهای مورد استفاده در میکروسکوپ میدان نزدیک عبارتند از:

 ۱- فیبرهای نوری بدون پوشش،

 ۲- پروبهای روزنهای.

 ۳- پروبهای نیمه هادی و فلزی نقطهای.

 ۴- نانو امیترها مانند تک مولکولها و یا نانو کریستالها.

۱-۳ پروبهای دی الکتریک

پروبهای دی الکتریک یا به عبارت دیگر پروبهای شفاف، مهمترین کلاس پروبهای میدان نزدیک نور هستند. از روشهای ساخت پروبهای شفاف می توان به موارد زیر اشاره کرد: باریک کردن فیبرهای نوری برای تشکیل پروبهای مخروطی شکل، برش مناسب اسلاید شیشهای برای ساختن پروبهای چهار وجهی، فرآیند قالبگیری پلیمر و میکروساخت سیلیکون (نیترید یا اکسید). از مزیتهای پروبهای فیبر نوری، انتقال نور به درون ناحیه باریک آنها توسط تحریک مدهای مناسب در انتهای آزاد است. پروبهایی که با روش قالبگیری و میکرو ساخت به دست می آیند را میتوان به راحتی در انتهای فیبر نوری شکافدار نصب کرد

3-1-پروبهای دی الکتریک 46

3-1-1-فیبرهای نوری کشیده شده 46

3-1-1-1-روش خوردگی 46

3-1-1-2-روش گرم کردن وکشیدن 53

3-1-2-پروب های چهار ضلعی 55

3-2-پروب های روزنه ای 56

3-2-1-روش ساخت پروب های روزنه ای 57

3-2-1-1-تشکیل روزنه با استفاده از روش پرتو یونی متمرکز 60

3-2-1-2-استفاده از روش الکتروشیمیایی برای باز کردن وبستن روزنه    61

3-2-1-3-استفاده از روش فشار برای ایجاد روزنه   63

شماتیک لیتوگرافی STM

شماتیک لیتوگرافی STM

فصل چهارم:انجام نانلیتوگرافی پروب روبشی به کمک میکروسکوپ نوری میدان نزدیک روبشی در آزمایشگاه نیمه هادی دانشکده برق

در این فصل نحوه ی پیادهسازی فرآیند نانولیتوگرافی پروب روبشی به کمک میکروسکوپ نوری میدان نزدیک روبشی در آزمایشگاه نیمه هادی تشریح میگردد. مراحل انجام این نانولیتوگرافی، شامل فرآیندهایی همچون ساخت نوک نانومتری، آمادهسازی زیر لایه ی حساسی به نور، آماده سازی سیستم نانولیتوگرافی، پیادهسازی الگوهای نانومتری و ظاهر کردن قوتور زیست است. در این فصل ابتدا مراحل ساخت نوک SNOM و سپس فرآیند انجام نانولیتوگرافی در آزمایشگاه مرحله به مرحله با استفاده از نتایج توپوگرافی نیروی روبشی قبل از ظهور و SEM بعد از ظهور فوتور زیست بررسی و توضیح داده می شوند.

۱-۴ ساخت نوک بدون روزنه ی میکروسکوپ نوری میدان نزدیک روبشی در آزمایشگاه نیمه هادی دانشکده برق

در این بخش فرآیند ساخت نوک SNOM در آزمایشگاه تیمه هادی تشریح میگردد. با توجه به روشهای ساخت نوک نانومتری SNOM که به تفصیل در فصل ۳ مورد بررسی قرار گرفته است، روش ullerا برای ساخت نوکها در نظر گرفته شد. با در نظر گرفتن امکانات موجود، در ابتدا ساخت نوک نانومتری با روزنه مورد انتخاب قرار گرفت. اما ساخت این نوع از نوک همانطور که قبلاً توضیح داده شد، دارای مراحل زیاد و پیچیدهای بوده و نیاز به دستگاه FIB برای ایجاد روزنه ی نانومتری دارد. بدلیل عدم دسترسی به این دستگاه در آزمایشگاه نیمه هادی ساخت نوک بدون روزنه در دستور کار قرار داده شد.

4-1-ساخت نوک بدون روزنه ی میکروسکوپ نوری میدان نزدیک روبشی درآزمایشگاه نیمه هادی دانشکده برق   65

4-1-1-مشخصات سیستم زدایش ساخته شده در آزمایشگاه نیمه هادی 65

4-1-2-انجام زدایش شیمیایی برای ایجاد نوک نانومتری 66

4-2-آماده سازی زیرلایه فوتورزیست جهت انجام نانولیتوگرافی 69

4-2-1-برش ویفر به تکه های کوچکتر 69

4-2-2-شستشو تکه های ویفر برش داده شده 69

4-2-3-ایجاد پوشش فوتورزیست 70

4-2-4-پخست اولیه فوتورزیست 72

4-3-شرح فرآیند نانولیتو گرافی انجام شده در آزمایشگاهی نیمه هادی دانشکده برق 72

4-3-1-معرفی پروب استاندارد دستگاه   74

4-3-2-انجام فرآیند نانولیتوگرافی با استفاده از لیزر سبزSNOM ا   75

4-3-3-آماده سازی دستگاه SNOM برای استفاده از لیزرآبی 79

4-3-3-1-استفاده از فیلتر جهت کاهش توان باریکه نورلیزر 80

4-3-3-2-طراحی شاتر الکترومغناطیسی 82

4-3-3-3-چاپر نوری 85

4-3-3-4-طراحی مدار مونو استایل برای کنترل تغذیه لیزر آبی 86

4-3-4-نتایج پیاده سازی نانولیتوگرافی با استفاده از لیزرآبی 92

4-3-4-1-بررسی تاثیر سرعت رویش نوک برروی نانون الگوها 100

4-3-4-2-بررسی تاثیر تکرار الگوها برروی نانون الگوها   103

شماتیک لیتوگرافی نوشتن مستقیم با استفاده از SNOM

شماتیک لیتوگرافی نوشتن مستقیم با استفاده از SNOM

فصل پنجم:نتیجه گیری و پیشنهادات برای کارهای آتی

 نتیجه گیری و پیشنهادات

برای کارهای آتی در بخشی اول این پایان نامه، نانولیتوگرافی پروب روبشی معرفی و با لیتوگرافی های معمول مقایسه شد. سپس تئوری تصویر برداری میکروسکوپ میدان نزدیک روبشی بعنوان یکی از ابزار های اصلی انجام نانولیتوگرافی پروب روبشی مورد برررسی قرار گرفت. همچنین پروسه های ساخت پروب این میکروسکوپ بعنوان عاملی تعیین کننده ی قدرت تفکیک پذیری مورد مطالعه قرار گرفت. در ادامه و در بخشی دوم، در ابتدا نحوه ی ساخت پروب نانومتری بدون روزنه در آزمایشگاه بیان شد. سپس پیادهسازی الگوهای نانومتری روی زیر لایه فوتور زیست با استفاده از لیزر مناسب مرحله به مرحله مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. پیاده سازی الگوهای نانومتری در آزمایشگاه شامل فرآیندهایی همچون آماده سازی زیر لایه سیلیکنی، نشاندن لایه نازک قوتور زیست، پیاده سازی الگوهای نانومتری و ظهور فوتور زیست است. با توجه به حساسیت فوتور زیست به نور ماورابنفش و در اختیار داشتن لیزر با نور سبز در ابتدا به تعویض لیزر و سپس به تغییر لیزر سبز به آبی پرداخته شد. برای کنترل توان لیزر و همچنین قابلیت فرمان پذیری لیزر با دستگاه SNOM مدار های مربوطه طراحی و استفاده شد. در این پایان نامه الگوهای نانومتری در دو بخشی مشخصه یابی شد. مشخصه یابی در بخش اول بلافاصله بعد از پیادهسازی الگو توسط نیروی روبشی میکروسکوپ و در بخش دوم بعد از ظاهر کردن فوتورزیست با استفاده از SEM انجام پذیرفته است. نتایج SEM و نیروی روبشی الگوها بیانگر صحت فرآیندهای انجام شده در آزمایشگاه و پیاده سازی الگوها در ابعاد نانومتر می باشد. کمترین پهنای خط گزارش شده در این پایان نامه برابر ۳۳/۲۳ نانومتر در سرعت روبش ۷۵ میکرومتر بر ثانیه حاصل شده است. بررسی تأثیرگذاری سرعت رویش و تکرار الگوها بر روی الگو های پیادهسازی یکی دیگر از دست آوردهای این پایان نامه است. همانطور که انتظار می رفت، با کاهش سرعت رویش و افزایش تعداد تکرارها پهنا و عمق الگو ها افزایش مییابد.

پیشنهاد می شود در کارهای آینده، برای بهبود قدرت تفکیک پذیری الگوها نانو لیتوگرافی میدان نزدیک روبشی با استفاده از لیزر ماورا بنفش انجام پذیرد. استفاده از نوک نانومتری با روزنه زیر ۵۰ نانومتر، کاهش ضخامت فوتورزیست به زیر ۳۰ ثانومتر و استفاده از لیزر های نانو ثانیه و فمتو ثانیه از دیگر پیشنهاداتی است که قدرت تفکیک پذیری نهایی را به طرز قابل توجهی افزایش میدهد. همچنین پیشنهاد می شود نانولیتوگرافی میدان نزدیک روبشی روی لایه های مختلف مانند مواد آلی و غیر آلی انجام گرفته و نتایج حاصله مقایسه گردند. در آخر با توجه به امکانات موجود در آزمایشگاه نیمه هادی و میکروتکنولوژی پیشنهاد می شود، نانولیتوگرافی پروب رویشی در مد خراشی به کمک میکروسکوپ های نیروی اتمی، تونلی روبشی، میدان نزدیک روبشی و ترکیبی صورت پذیرد.

شمایی از نانولیتوگرافی قلم غوطه ور

شمایی از نانولیتوگرافی قلم غوطه ور

فصل ششم:مراجع

طرح ایجاد شده از عبور نور از شکاف

طرح ایجاد شده از عبور نور از شکاف

فهرست شکلها

شکل ۱-۱ فرآیند کامل انجام لیتوگرافی نوری      3

شکل ۱-۲ چرخه ی پوشش دهی چرخشی   6

شکل ۱-۳ سرعت چرخش مورد نیاز برای رسیدن به ضخامت مطلوب         7

شکل ۱-۴ روش های در معرض قرار گیری فتور زیست            9

شکل ۱-۵ دو روش عمده ی چاپ نوری : روبشی و گام – تکرار           10

شکل ۱-۶ تاثیر امواج ایستا در لبه های رزیست       11

شکل ۱-۷ شبیه سازی رزیست به صورت تابعی از طول نفوذ پخت بعد از نوردهی رزیست           11

شکل ۱-۸ شماتیک لیتوگرافی STMا     17

شکل ۱-۹ شمایی از نانو لیتوگرافی قلم غوطه ور      21

شکل ۱-۱۰ شماتیک لیتوگرافی نوشتن مستقیم با استفاده از SNOM ا   23

شکل ۱-۱۱ مقایسه تکنیک های مختلف نانولیتوگرافی      26

شکل ۱-۱۲ مقایسه قدرت تفکیک پذیری و سرعت روش های مختلف نانولیتوگرافی      27

شکل ۲-۱ طرح SNOM ارائه شده توسط سینج، منبع نوری با اندازه ی کوچکتر از طول موج سطح نمونه ای را در فاصله ی خیلی موچکتر از طول موج نور روبشی می کند      28

شکل ۲-۲ مد روشن سازی: پروب نمونه را روشن کرده و نور در میدان دور جمع آوری می شود. مد جمع آوری: پروب نور تابش شده از میدان دور را از طریق نمونه جمع آوری می کند        30

شکل ۲-۳ در SNOM بدون روزنه نمونه با روشن سازی میدان نور روشن میگردد و نور پراکنده شده توسط نوک نوسان کننده، توسط آشکار ساز قفل شونده جمع آوری می شود       30

شکل ۲-۴ طرح ایجاد شده از عبور نور از شکاف     31

شکل ۲-۵ طرح پراش فرنل و فرانهوفر       32

شکل ۲-۶ طرح تفرق دو نقطه به فاصله d ا       33

شکل ۲-۷ دو روش اساسی موجود برای تبدیل مولفه های غیر قابل انتشار           34

شکل ۲-۸ میدان محو شونده و تشکیل آن در مرز مشترک دو محیط             35

شکل ۲-۹ توزیع میدان نزدیک و دور در اثر تابش نور در کره  36

شکل ۲-۱۰ شمای یک میله به طول با جهت محاسبه تشدید  40

شکل ۲-۱۱ a- دامنه و b- فاز یک میله در حال نوسان، C- تابعیت دامنه و d- تابعیت فاز در فرکانس تشدید e) بر حسب فاصله بین انتهای میله و سطح  41

شکل ۲-۱۳ اتصال فیبر شیشه ای کشیده شده به tuning fork ا   42

کل ۲-۱۴ tulling fork در مد کاری نیروی عمودی a- نمای جنبی b- نمای روبه رو     44

شکل ۲-۱۵ شمای روش استفاده از پروب های فیبری خم شده در تشخیصی نیروی عمودی    45

شکل ۲-۱۶ فیبرهای نوری کانتی لو         45

شکل ۳-۱ پروسه ی زمانی تشکیل فیبر مخروطی با استفاده از روشی Tuner ا   48

شکل ۳-۲ سطح ناهموار ایجاد شده بر روی فیبر        48

شکل ۳-۳ تصویر شماتیک پروسه ی زدایش فیبر با انتهای پوشانده شده با پلاستیک       49

شکل ۳-۴ تصاویر نوری a) نوک بالایی b) نوک پایینی متناظر با بالایی در روش زدایش Sealed-tube بعد از مدت زمان ۹۰ دقیقه        49

شکل ۳-۵ ساخت پروب با روش tube etching برای فیبر های با پوشش   50

شکل ۳-۶ تصویر SEM پروب های ساخته شده با استفاده از روشی tuner (سمت چپ) و tube etching (سمت راست)      50

شکل ۳-۷ شمای طرح عملی انجام فرآیند زدایش با فرو بردن فیبرها در محلول PMMA ا   51

شکل ۳-۸ تصاویر SEM از نوک های زدایش شده با لایه های پلیمری اضافه شده روی پوشش فیبر بعد از ۶۰ و ۱۲۰ دقیقه زدایش                 51

شکل ۳-۹ زاویه ی مخروطی بر حسب زمان زدایش برای تعداد لایه های مختلف. برای min ۶۰ زدایش نو, به مرحله یی نهایی خود میرسد و دارای زاویه مخروطی بزرگی است. برای PMMA بدون لایه زدایش بزرگترین زاویه مخروطی در ۲۰ لایه PMMA رخ میدهد        52

شکل ۳-۱۰ تصویر SEM پروبی های ساخته شده با روش Ohstu تصویر چپ : فیبر مخصوص با دوپینگ بالاتصویر راست : فیبر تجاری    53

شکل ۳-۱۱ شمای روش کشش و گرم کردن موضعی برای ساخت های پروب های مخروطی     54

شکل ۳-۱۲ تصاویر SEM پروب های ساخته شده با استفاده از روش کشش و گرم کردن      54

شکل ۳-۱۳ مقایسه پروب های ساخته شده با روش خوردگی و کشش حراراتی      55

شکل ۳-۱۴ پروب چهار ضلعی ساخته شده با شکستن شیشه      56

شکل ۳-۱۵ قطع متوالی مدها و تضعیف نمایی مدها در موجبر مخروطی پوشش یافته با فلز       57

شکل ۳-۱۶ عبور و بازتاب لایه های نازک فیلم بر حسب ضخامت لایه نازک       58

شکل ۳- ۱۷ ایجاد پروب روزنه ای فیبر نوری با استفاده از روش لایه نشانی تبخیر حرارتی       58

شکل3-18 تصاویر فیبرهای نوری پوشش داده شده با آلومینیوم     59

شکل ۳-۱۹ خرابی روزنه پروب به دلیل نور بیش از اندازه در ورودی      60

شکل ۳-۲۰ شمای روش ایجاد حفره با الکترولیت جامد     62

شکل ۳-۲۱ روزنه ایجاد شده در نوک پروب نوری با استفاده از الکترولیت جامد       62

شکل ۳-۲۲ تشکیل روزنه با استفاده از روش اکسیداسیون با گرمای لیزر     63

شکل ۳-۲۳ نمای جنبی (a) و نمای بالا (b) تصاویر SEM توسط روش فشار برای ایجاد روزنه  64

شکل ۴-۱ نگهدارنده ی فیبرهای نوری جهت انجام زدایش       66

شکل ۴-۲ تصویر SEM از محل اتصال قسمت با پوشش پلاستیک و قسمت شیشه ای فیبر نوری          67

شکل ۴-۳ قرار گیری فیبرها در اسید HF و روغن جهت انجام زدایش        67

شکل ۴-۴ تصویر SEM نوک میکروسکوپ نوری میدان نزدیک روبشی ساخته شده در آزمایشگاه نیمه هادی           68

شکل ۴-۶ الف) ضخامت انواع فوتور زیست سری 1800 Shipley بر حسب سرعت چرخش، ب) جذب شیمیایی فوتور زیست 1813 Shipley بر حسب طول موج تابش بر اساس برگه اطلاعاتی فوتور زیستهای سری Shipley 1800ا      71

شکل ۴-۷ الف) نمای پنل تنظیم کننده چرخاننده، ب) نمای بالایی چرخاننده مورد استفاده در فرآیند لیتوگرافی انجام شده        71

شکل ۴-۸ تصاویر SEM از الف) نوک پروب SNOM بدون پوشش، ب) نوک پروب با پوشش آلومینیومی که منجر به ایجاد روزنه ی ۷۰ نانومتری گردیده است   75

شکل ۴-۹ سیستم استفاده شده برای انجام نانولیتوگرافی با نور سبز با SNOM ا    75

شکل ۴-۱۰ منحنی نوسانات پروب را در فرکانس تشدید تقریباً kHz ۱۹۰ا          76

شکل ۴-۱۱ صفحه تنظیمات روبشی       77

شکل ۴-۱۲ a) تصویر توپوگرافی نیروی روبشی از لایه فوتور زیست الگوبرداری شده در ابعاد نانومتری بوسیله نور سبز با سرعت روبش ۰/۸ میکرومتر بر ثانیه b) تصویر سه بعدی توپوگرافی نیروی روبشی    78

شکل ۴-۱۳ مقطع عرضی از توزیع ارتفاع لایه فوتور زیست الگوبرداری شده در ابعاد نانومتری بوسیله نور سبز با سرعت روبشی ۰/۸ میکرومتر بر ثانیه       79

شکل ۴-۱۴ لیزر دیود آبی با توان ۲۵۰mW و ورودی پالس برای انجام نانولیتوگرافی      80

شکل ۴-۱۵ نمای کلی یک شاتر الکترومغناطیسی         82

شکل ۴-۱۶ چاپر نوری مدل MC1000A با ۱۰ پره       85

شکل ۴-۱۷ مدار داخلی آی سی ۵۵۵           88

شکل ۴-۱۸ شماتیک مدار ۵۵۵        88

شکل ۴-۱۹ شکل موج خروجی و خازن              88

شکل ۴-۲۰ دیاگرام اتصالات خروجی SCANNER تولید کننده پالس کنترلی         89

شکل ۴-۲۱ شماتیک کلی مدار طراحی شده برای کنترل لیزر با نور آبی با قابلیت اتصال به دستگاه        90

شکل ۴-۲۲ شماتیک سیستم مورد استفاده برای انجام نانو لیتوگرافی با استفاده از لیزر آبی و کنترل آن با خروجی کنترلر         91

شکل ۴-۲۳ مدار مونتاژ شده جهت کاهش توان لیزر و مدار اتصال خروجی SNOM به لیزر آبی       92

شکل ۴-۲۴ تصویر توپوگرافی نیروی روبشی یک مربع به ابعاد lum ۱/۵×۱٫۵ روی لایه ی فوتورزیست بوسیله نور آبی با سرعت روبش ۰/۱ میکرومتر بر ثانیه قبل از ظهور فوتور زیست             92

شکل ۴-۲۵ متوسط پروفایل X و Y از تصویر نیروی روبشی یک مربع به ابعاد lum ۱/۵×۱/۵ روی لایه فوتور زیست بوسیله نور آبی با سرعت روبش ۰/۱ میکرومتر بر ثانیه قبل از ظهور فوتور زیست    93

شکل ۴-۲۶ تصویر توپوگرافی نیروی روبشی ۶ خط ایجاد شده به طول ۴ میکرومتر با فاصله های یکسان نانومتر روی لایه فوتورزیست بوسیله نورآبی با سرعت روبش ۱۰ میکرومتر بر ثانیه قبل از ظهور فوتور زیست         94

شکل ۴-۲۷ مقطع عرضی از توزیع ارتفاع لایه فوتور زیست شامل الگوی ۶ خط با فاصله ۹۰۰ نانومتر که بوسیله نور آبی با سرعت روبشی ۱۰ میکرومتر بر ثانیه قبل از ظهور فوتور زیست ایجاد شده است    95

شکل ۴-۲۸ تصویر SEM الگوی خط ایجاد شده روی لایهی فوتور زیست با سرعت روبشی ۱۰ میکرومتر بر ثانیه بعد از ظهور فوتور زیست      95

شکل ۴-۲۹ تصویر توپوگرافی نیروی روبشی الگوی ۳ خطی روی لایه فوتور زیست با سرعت روبش ۳۰ میکرومتر بر ثانیه قبل از ظهور فوتور زیست        30

شکل ۴-۳۰ مقطع عرضی از توزیع ارتفاع لایه فوتور زیست شامل الگوی ۳ خطی که بوسیله نور آبی با سرعت روبشی ۳۰ میکرومتر بر ثانیه قبل از ظهور فوتور زیست ایجاد شده است            97

شکل ۴-۳۱ تصویر SEM از الگوی خط پیادهسازی شده روی لایه فوتور زیست با سرعت روبش ۵ میکرومتر بر ثانیه بعد از ظهور فوتور زیست      97

شکل ۴-۳۲ تصویر SEM از الگوی خط پیادهسازی شده روی لایه فوتور زیست با سرعت های روبشی ۱۰، ۳۵، ۴۰ و ۵۰ میکرومتر بر ثانیه بعد از ظهور فوتور زیست            98

شکل ۴-۳۳ تصویر SEM از الگوی خط پیادهسازی شده روی لایه فوتور زیست با سرعت روبشی ۶۰ میکرومتر بر ثانیه بعد از ظهور فوتور زیست      98

شکل ۴-۳۴ تصویر SEM از الگوی ۳ خط موازی پیادهسازی شده روی لایه فوتور زیست با سرعت روبشی ۷۵ میکرومتر بر ثانیه بعد از ظهور فوتور زیست         99

شکل ۴-۳۵ تصویر توپوگرافی نیروی روبشی از لایه فوتور زیست الگو برداری شده بوسیله نور آبی با سرعت های روبش ۱، ۵، ۱۰ و ۱۵ میکرومتر بر ثانیه قبل از ظهور فوتور زیست        100

شکل ۴-۳۶ تصویر سه بعدی توپوگرافی نیروی روبشی از لایه فوتور زیست الگو برداری شده بوسیله نور آبی با سرعت های روبش ۱، ۵، ۱۰ و ۱۵ میکرومتر بر ثانیه قبل از ظهور فوتور زیست      101

شکل ۴-۳۷ مقطع عرضی از توزیع ارتفاع لایه فوتور زیست جهت مقایسه سرعت های روبشی ۱، ۵، ۱۰ و ۱۵ میکرومتر بر ثانیه قبل از ظهور فوتور زیست         101

شکل ۴-۳۸ تصویر SEM از لایه فوتور زیست الگو برداری شده بوسیله نور آبی با سرعت های روبش ۱، ۲، ۱۵، ۲۰، ۲۵، ۵۰ و ۵۵ میکرومتر بر ثانیه بعد از ظهور فوتور زیست      102

شکل ۴-۳۹ نمودار تغییرات پهنای الگو ها بر حسب تغییرات سرعت روبش در توان لیزر ثابت بعد از ظهور فوتورزيست       103

شکل ۴-۴۰ تصویر سه بعدی توپوگرافی نیروی روبشی از لایه فوتور زیست الگوبرداری شده توسط لیزر آبی قبل از ظهور فوتور زیست. خطوط شامل ۰-۵ تکرار در ایجاد الگو هستند. سرعت روبش در این الگو نگاری ثابت و برابر ۵ میکرومتر بر ثانیه است           104

شکل ۴-۴۱ مقطع عرضی از توزیع ارتفاع لایه فوتور زیست جهت مقایسه اثر تکرار الگوها قبل از ظهور فوتور زیست. خطوط شامل ۰-۵ تکرار در ایجاد الگو به ترتیب از چپ به راست هستند. سرعت روبش در این الگو نگاری ثابت و برابر ۵ میکرومتر بر ثانیه است      104

شکل ۴-۴۲ نمودار پهنای متوسط خطوط الگوبرداری شده بر حسب تعداد تکرار الگوها قبل از ظهور فوتورزيست       105

شکل ۴-۴۳ نمودار عمق خطوط الگوبرداری شده بر حسب تعداد تکرار الگوها قبل از ظهور فوتورزیست           106

مقایسه قدرت تفکیک پذیری وسرعت روشهای مختلف نانولیتوگرافی

مقایسه قدرت تفکیک پذیری وسرعت روشهای مختلف نانولیتوگرافی

فهرست جدول ها

جدول ۱-۱ مرور نتایج لیتوگرافی روی مواد آلی بوسیله SNOM ا        24

جدول ۱-۲ مرور نتایج لیتوگرافی روی مواد غیرآلی بوسیله SNOMا       25

جدول ۳-۱ مشخصات حلالهای آلی مورد استفاده و شعاع            47

جدول ۴-۱ میزان نور منتقل شده و چگالی نوری برای فیلترهای چگالی خنثی          81

جدول ۴-۲ مقادیر دست آمده پهنای متوسط خطوط الگوبرداری شده بر حسب سرعت های روبشی متفاوت در توان لیزر ثابت بعد از ظهور           102

جدول ۴-۳ مقادیر پهنا و عمق متوسط خطوط الگوبرداری شده بر حسب تعداد تکرار الگوها قبل از ظهور           105


Abstract:

With the increasing development of the semiconductor industry, the density integration of integrated circuits with affordable expenses has gained a special place between different researches, Nanolithography as a way to decrease the size of patterns has a significant contribution in integration of circuits. Scanning Probe Nanolithography (SPNL) is one of the most important nanolithography methods due to its ability to create patterns with an extremely high resolution and direct patterning. Scanning Near-field Optical Lithography (SNOL) has the advantages of the usage of optic such as non-direct effect on sample and the advantages of scanning systems such as high resolution. In first part of this thesis, different methods of nanolithography implementation, operation principle of Scanning Near-field Optical Microscopy (SNOM), and fabrication methods of this microscope’s probe are studied. In the second part of the thesis, according to the facilities in Micro-Technology and Nano-electronic laboratory (MT lab), the apertureless fiber optic probes are fabricated. In the next step, according to available instructions a layer of photoresist with appropriate thickness are coated on silicon substrate and then Nano patterns are patterned using of scanning probe. Initial characterization is done using Shear Force Microcopy (SFM) immediately after pattering. After development of the photoresist, the Nano patterns are investigated using SEM and then the effect of scan speed variation and repetition number in pattern’s width and depth are investigated. The minimum width of 33 nm is achieved by this process. This line is one of thinnest lines that are reported until now by this method.

Key words: Scanning Near-field Optical microscopy, Probe, Nanolithography, Photoresist.


تعداد صفحات فایل : 119

مقطع : کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

خرید فایل pdf و سفارش فایل word

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید