Экспериментальные установки ИЯФ им. Будкера в Новосибирске для рентгеновской литографии

Опубликовано 2019-08-30

Экспериментальная станция «LIGA»

 © ssrc.inp.nsk.su

НАЗНАЧЕНИЕ СТАНЦИИ.

а) рентгеновская литография в толстых резистивных слоях для изготовления микроструктур в т. ч. рентгеношаблонов;

б) экспонирование интенсивным пучком СИ образцов большой площади для методических исследований модификации веществ облучением.

 © ssrc.inp.nsk.su

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

• Источник излучения: ВЭПП-3, вигглер с магнитным полем 2 Тл при энергии электронов 2 ГэВ;
• Критическая длина волны: 2,33 Å;
• Установленные в канале фольги для разделения вакуума: Be (100+100+300) мкм;
• Сменные фольги для спектральной коррекции потока СИ (опционально): полиимид, алюминий;
• Максимальный размер пучка на входе в станцию (верт. х горизонт.): 12 мм х 72 мм;
• Оценочная мощность пучка в медианой плоскости на входе в камеру экспонирования с учетом фольги Ве (500 мкм): 3,1 Вт/см²;
• Режимы экспонирования: теневое экспонирование: через рентгеношаблон со сканированием,
• максимальное поле до 100 мм х 72 мм
• , микропучковый рентгенолитограф, прямое рисование микропучком СИ для формирования микроструктур в резисте SU-8:
• Характеристика объектов исследования: полимерные резисты и другие твердые рентгеночувствительные вещества;
• Газовая среда в камере экспонирования: форвакуум, гелий (~0,2 aтм).

 © ssrc.inp.nsk.su

Режим «микропучковый рентгенолитограф (МПРЛ)» — рисование в толстом слое резиста SU-8 топологии структуры (например, рентгеношаблона), для этого подложка с резистом перемещается на XY-микроподвижке (минимальный шаг 0,1 мкм) под микропучком СИ.

 © ssrc.inp.nsk.su

Значительно расширить возможности МПРЛ и сократить время формирования микроструктур удалось благодаря реализации возможности изменять размер микропучка в процессе рисования структуры. Для этого в устройство МПРЛ добавлен независимый координатный прецизионный столик для перемещения в плоскости параллельной облучаемой подложки шаблона с набором рентгеновских диафрагм. В процессе рентгенолитографии выбранная диафрагма совмещается с предварительной диафрагмой диаметром 500 мкм, фиксировано установленной на входе пучка в камеру, формируя таким образом микропучок для рисования структуры. Управление сменой диафрагм и перемещением подложки с резистом осуществляется автоматически. Возможно построение топологий совмещающих элементы различного размера за минимальное время в результате оптимизации выбора необходимого для каждого элемента размера микропучка СИ.

НАИБОЛЕЕ ЯРКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

С использованием МПРЛ реализована возможность формирования микроструктур, состоящих из ломаных прямых линий, а также дуг окружностей непосредственно в слое негативного резиста SU-8 толщиной до нескольких сотен микрометров. Полученные микроструктуры из резиста SU-8 на проводящей (стеклоуглеродной подложке) используются как маски для электрохимического осаждения золотого покрытия толщиной 25-50 мкм, обеспечивающего рентгеноконтраст в «жестком» спектральном диапазоне СИ 1-10 Aнгстрем. Таким образом, в СЦСТИ в настоящее время изготовляются рентгеношаблоны для LIGA.

 © ssrc.inp.nsk.su

Микрофлюидный модуль, изготовленный из ПММА (листовое оргстекло марки ТОСП) методом глубокой рентгенолитографии с использованием шаблона, созданного с использованием МПРЛ после осаждения на заготовку 30 мкм слоя золота, глубина каналов в ПММА 50 мкм.

 © ssrc.inp.nsk.su

Высокоаспектные микроламели, изготовленные на МПРЛ прямым рисованием рентгеновским микропучком в толстом слое резиста SU-8, минимальная ширина ламелей 23 мкм, высота структуры 330 мкм.

 © ssrc.inp.nsk.su

Изготовленная с помощью МПРЛ микрорешетка из резиста SU-8 на стеклоуглеродной подложке с гальванически осажденным золотым покрытием толщиной около 50 мкм. Период структуры 130 мкм, ширина линий 65 мкм, общее поле решетки 1×1 см².

 © ssrc.inp.nsk.su

Фрагмент изготовленной с помощью МПРЛ из резиста SU-8 микрорешетки на стеклоуглеродной подложке. Период структуры 30 мкм, высота 60 мкм.

УЧАСТВУЮЩИЕ В РАБОТАХ ОРГАНИЗАЦИИ

• Институт ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН, Новосибирск
• Институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск
• Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, Новосибирск
• Институт автоматики и электрометрии СО РАН, Новосибирск
• Институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СОРАН, Новосибирск

Рентгеновская литография на базе лазера на свободных электронах — будущая технология массового производства наноэлектроники

 © ssrc.inp.nsk.su

Лазерная установка на свободных электронах в Новосибирске

Максимальный средний ток полученный на ускорителе-рекуператоре первой очереди Новосибирского ЛСЭ до сих пор является рекордным в данном классе машин. Вторая и третья очереди — первые в мире многооборотные ускорители-рекуператоры.

Средняя мощность терагерцового излучения, получаемая на Новосибирском ЛСЭ, является рекордной в этом диапазоне длин волн. В Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения работы с терагерцовым излучением выполняют 20 групп из 12 научных организаций Новосибирска, Москвы и Южной Кореи.

Третья очередь Новосибирского ЛСЭ

22 мая 2012 года получена первая рекуперация электронного пучка на третей очереди — первого в мире четырёхоборотного ускорителя-рекуператора. В 2013 году получена 95% рекуперация и средний ток 3,2 мА на частоте повторений 3,75 МГц. В настоящий момент на установке продолжается установка оптического резонатора для генерации излучения и настройка режимов электроннооптической структуры.

Показания датчика пучка в конце ускоряющей структуры ускорителя (слева). На рисунке видны четыре сигнала ускоряемого пучка и четыре замедляемого. На рисунке справа показаны показания датчиков положения пучка вдоль всей орбиты электронов.

 © ssrc.inp.nsk.su

Энергия электронов: 1 Гэв

Длина волны: 13,5 нм

Средняя мощность: 10 кВт

Средний ток электронов:10-20 мА

 © ssrc.inp.nsk.su

 © ssrc.inp.nsk.su

 © ssrc.inp.nsk.su

 © ssrc.inp.nsk.su

Планируется замена излучения из плазменного источника на излучение из ЛСЭ без изменения оптики сканера.

Возможная кооперация по реализации проекта

ИЯФ-проект ЛСЭ на 13,5 нм, 11,2 нм и 6,6 нм; изготовление магнитовакуумной системы, систем питания и управления.

Завод Росатома (г. Глазов), ВНИИТФ, ИЯФ — изготовление пластин из сверхчистого ниобия для сверхпроводящих структур, их тестирование.

ИЯФ, ВНИИТФ — проект сверхпроводящего ускорителя, изготовление и тестирование сверхпроводящих структур.

ИФМ — проект рентгенографических каналов и сканеров на 13,5 нм, 11,2 нм и 6,6 нм.

ИФМ, НПО «Планар» — изготовление рентгеновской оптики и сканеров.

ИФП, НИИМЭ, ФТИ РАН — проект технологических процессов и установок для литографии.

По мнению ведущих производителей, EUV-литография на базе лазера на свободных электронах (ЛСЭ) в ближайшем будущем может стать основной технологией массового производства со структурами до 5 нм. Одним из основных препятствий для этого является отсутствие работающего ЛСЭ с нужными параметрами. Рассматривается возможная программа разработки и создания такого ЛСЭ для реализации производства наноэлектроники на базе EUV-литографии силами ИЯФ, других институтов РАН, Росатома микроэлектронной промышленности Россиии и Белоруссии.

http://www.rscf.ru/prjcard/?rid=14-50-00080

Источник https://sdelanounas.ru/blogs/123627/