Reliéfní struktury připravené pomocí elektronové litografie

Mgr. Michal Urbánek, Ph.D.

Doctoral thesis

Relief structures prepared by electron beam litography

Abstract:

Dizertační práce je zaměřena na litografické techniky v mikronovém a sub mikronovém rozlišení. Zaměřuje se na technologii elektronové litografie, technologii zápisu do polymerních materiálů (elektronových rezistů), následných procesů zpracování expozice, včetně vyvolání rezistu mokrou cestou. K vyhodnocení struktur připravených zápisem elektronovým svazkem se nejčastěji používá skenování reliéfu pomocí mikroskopu atomárních sil (AFM). Tento způsob vyhodnocení umožňuje mezioperační kontrolu, která není běžně možná s pomocí rastrovací elektronové mikroskopie(SEM). Této metodě je věnována druhá kapitola práce. V další části se práce soustřeďuje na rozptyl elektronů při interakci s pevnou fází (neboli jev blízkosti), který může významně ovlivnit rozlišení struktur zapisovaných elektronovým svazkem. Pochopení a popis tohoto jevu vede k vývoji metod umožňujících omezit vliv tohoto jevu na kvalitu a rozlišení realizovaných struktur. V této kapitole jsou popsány navržené expoziční testy a jejich vyhodnocení pomocí mikroskopických snímků AFM, SEM, optického mikroskopu (OM) a konfokálního mikroskopu (CLSM), které měly posloužit ke zjištění jednotlivých parametrů modelu rozptylové funkce. Z těchto navržených testů se podařilo zjistit pouze parametr dopředného rozptylu. V poslední části se práce věnuje popisu nanolitografických technik s pomocí AFM, zejména pak metodě přímého rytí do polymerních materiálů, které zůstávalo stranou hlavního zájmu předchozích výzkumů. Jsou zde shrnuty výsledky zápisu do různých typů rezistů jak v kontaktním, tak i nekontaktním režimu AFM, a dále s použitím různých hrotů (hroty s Diamond-like carbon (DLC) vrstvou a křemíkové hroty).

Abstract:

This work deals with lithographic techniques in micron and sub micron resolution. In the first part, the spotlight is focused on e-beam lithography, exposure technology, processing after exposure and resist development. The most useful method used for evaluation of relief structures is atomic force microscopy (AFM), because in contrast with scanning electron microscopy we are able to evaluate the structures in between individual technological steps with AFM. This method is described in the second part. The third part is focused on scattering during the interaction with solid state (proximity effect), which can significantly influence pattern resolution. Understanding of proximity effect leads to development of methods, that can reduce the influence of proximity effect on realized structures' resolution and quality. In this part I describe suggested testing patterns and their microscopy methods evaluation (AFM, SEM, OM, CLSM). Described testing pattern should have served as determination of scattering function parameters. Nevertheless, it was possible to determine only forward scattering parameter. In the last part, mainly nanoscratching into soft polymer materials and own AFM nanolithography techniques are described. Achieved results of nanoscratching in contact and close contact AFM mode with use of various tips (Diamond-like Carbon (DLC) coated tips and silicon tips) are discussed.

Keywords

elektronová litografie, reliéfní struktury, jev blízkosti, AFM, nanolitografie, e-beam lithography, relief structures, proximity effect, nanolithography

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 6. 2012

Thesis defence

• Date of defence: 3. 10. 2012
• Supervisor: doc. Ing. Vladimír Kolařík, Ph.D.
• Reader: Mgr. Petr Klapetek, Ph.D., prof. RNDr. Pavel Tománek, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics (4-years) / Plasma Physics