BL08U1B

软X射线干涉光刻分支线站
线站简介
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  上海光源软X射线干涉光刻线站(BL08U1B)建成于2012年,与上海光源软X射线谱学显微光束线站(BL08U1A)共用光源和前端区。X射线干涉光刻(XIL)技术是利用两束或多束相干X光束的干涉条纹对光刻胶进行曝光的新型先进微、纳加工技术,可以开展几十甚至十几个纳米周期的纳米结构加工。与其他光刻等方法相比,XIL技术具有分辨率高、无邻近效应、无污染、产出高等优点,可以更可靠地获得大面积、高质量的亚50nm的高密度周期性纳米结构。软X射线干涉光刻分支线站的建设,旨在利用利用软X射线低发射度、高亮度和高相干性的优点,在上海光源建立一个高效率、低成本、高精度的纳米加工技术平台。

科学目标
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  满足EUV光刻胶、纳米光学、纳光电子器、X射线探测器、纳米磁学、生物分子自组装及工业应用领域的用户在光刻性能检测、纳米结构制备和组装方面的迫切需要。

线站布局图及指标
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1 线站布局图



表1 线站性能参数

 
实验站
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1. 两光栅/多光栅干涉
主要在光刻胶上获得一维线性周期结构和二维周期点阵或孔洞结构,目前可实现的图形周期范围30nm-1000nm。
图2 软X射线干涉光刻原理
2. 泰保光刻
利用光栅的自成像效应对光刻胶进行曝光。
图3 泰保光刻原理
3. 大面积拼接干涉光刻
基于高次谐波对准技术的大面级拼接曝光技术,可快速实现面积为平方厘米量级样品的制备。
 
图4 大面积拼接干涉光刻装置及曝光样品
4. 极紫外光刻胶光刻性能检测
应用于极紫外光刻胶的光刻性能(分辨率、线边缘粗糙度和灵敏度)检测,是国际公认的评价光刻胶潜力的金标准。
  
图5 不同分辨条件下(25nm,19nm和15nm)的光刻胶光刻性能检测
5. 自溯源纳米标准物质的制备
制备出国际先进水平的106.4纳米节距标准物质,获得国家一级纳米标物证书,填补了我国300nm尺度以下有证光栅标准物质的空白。
 
图6  采用软X射线干涉光刻制备的106.4nm节距光栅和获得的国家一级标物证书
6. 微纳加工支持
采用软X射线干涉光刻技术为用户提供微纳米周期性结构的样品。
  
图7 制备在不同衬底材料上的微纳周期性结构样品
数据采集与处理
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1. 开光和开光前的准备
1.1 确认当日的使用状态,切换光路(如果上次实验为STXM线站):在Motion control界面,打开Mirror1 操作界面,在X motion选项下点击Home,此时,控制权限切换为XIL使用模式;如需切换到STXM使用模式,在X motion选项下点击Offline。
1.2 将Mirror1 X motion选项下的Position值设定为240,按enter键确认输入。
1.3 根据实验需求,更改EPU gap 值,EUV-IL条件下,gap为37.47;140 eV深度光刻模式,gap为44.2。
1.4 调节Slit1 开口到合适的XIL用光设定值(参考实验记录本最近一次的记录)。
1.5 关闭V3,打开V10,确认 FS2状态为up,FS3状态为down;金靶为down,实验站控制柜上面的两真空计均为开启状态。
1.6 打开光闸,等待光路稳定。
 
2. 样品准备 
样品匀胶,前烘完毕后,可以进入3
 
3. 曝光腔的放气
3.1 确认V11,V12、V13、V15、V16、V18、 CCD软件(Andor SOLIS)、真空计(规g8)是否均为关闭状态,如有未关闭部件,应确保其关闭顺序为:
CCD软件→V12→V15→V16→V11→V13→V18→真空计;
备注:V* 阀门的开关通过控制面板触摸屏进行操作,轻按相关按键2秒,等指示状态显示为相关状态为止,如开启显示为OPEN,关闭显示为CLOSE;CCD软件的关闭可点击软件界面左下角,显示为OFF;真空计的开启为按下C.C.ON 按钮,关闭需按下C.C.OFF按钮。
3.2 确认分子泵和机械泵为关闭状态,如两者为开启状态,应先关闭分子泵控制器,当分子泵转速接近0时,关闭分子泵电源,接着再关闭机械泵(触摸屏上PUMP-1 OFF)。
3.3  打开位于4联装氮气瓶架上的氮气瓶总阀,并调节分压阀到合适压力(小于0.1MPa),开启放气阀(触摸屏VENT-1 ON)开始放气;卸掉曝光腔进出样门螺丝;待放气完毕,进出样门开启后,进行光栅和样品的更换。
 
4.光栅及样品的更换
4.1 如需更换光栅,需先取下样品架后再更换光栅,光栅必须固定在掩模台的定位栓处。光栅更换完毕后,可通过后端观测窗,再次确认光栅位置。
4.2 更换样品时,样品需放置在样品托架的中部,须注意勿遮挡住样品托架上预留的观测孔。
4.3 样品托架固定在掩模样品台上后,关闭曝光腔进出样门(用螺丝固定法兰,拧螺丝时不必太紧),关闭放气阀(触摸屏VENT-1 OFF),打开V12,启动机械泵(触摸屏上PUMP-1 ON),5 min后打开分子泵控制器(后部的电源开关按钮),待控制器启动后,按控制器右下角的启动/关闭键,开始启动分子泵程序(绿色指示灯由闪烁变为常亮),按左右控制键选定控制器显示为实际转速(代号 309)。
4.4 关闭氮气瓶总阀和分压阀。待分子泵控制器显示为820Hz满转速时,开启真空计(规g8),当真空度到达5*10-6 Torr时,开启V13,V18。当真空度优于1*10-6 Torr时,可以进行后续曝光操作。
 
5. 曝光前准备
5.1当真空计上显示的真空度优于1*10-6 Torr时,将样品台(MASK)移动到观测孔的位置观察真空度状况,确认其继续优于1*10-6 Torr。
5.2 关闭V12,打开V15,V16,V11,顺序为V15→V16→V11;接着关闭分子泵控制器(按控制器右下角的启动/关闭键,开始关闭分子泵程序,绿色指示灯由常亮变为闪烁),待分子泵控制器显示转速接近0时,关闭分子泵控制器(关掉后部的电源开关按钮),再关闭机械泵(触摸屏上PUMP-1 OFF)。
    
6. 曝光操作
6.1 打开CCD软件(Andor SOLIS),设定工作温度为-60℃。Shutter control设定为fully auto, Close:Open(ms) =50:50。
6.2 将快门控制按钮切换为CCD控制模式
6.3 提起金靶(AuT)及荧光靶3(FS3),通过CCD观测掩模处的光斑分布情况,微调M2的Angle Motion 使光斑均匀(按绿色VIDEO键采集数据,红色ABORT键停止,再save as ,以时间命名,例如1402)。
6.4 待光斑调试均匀后,将快门控制按钮切换为机柜控制模式,降下光电二级管(PD)(position=0)。打开快门,通常设定为500s,收集光通量数据。打开自动曝光系统(具体参照自动曝光程序相关步骤),确认F0数值,移开光电二级管(position=15000),开始自动曝光。
6.5 曝光结束后放下金靶(AuT)及荧光靶3(FS3)。