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ISSN: 2321 - 6212
1微/纳米技术中心,东海大学,4-1-1 Kitakaname, Hiratsuka-city,神奈川259 - 1292,日本
2创新科技研究所东海大学,4-1-1 Kitakaname, Hiratsuka-city,神奈川259 - 1292,日本
3化学和化学工程学院重点实验室薄膜和教育部的精密加工,上海交通大学,200240年上海,中国
4科技大学机械工程学院,北京海淀区学院路30号号100083,中国
收到的日期:09/05/2017;接受日期:03/10/2017;发布日期:10/10/2017
DOI: 10.4172 / 2321 - 6212.1000195
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超椭圆板是由形状椭圆和矩形之间有一个广泛的使用在工程应用程序。调查非线性行为的超椭圆各向同性板可用文献,调查在女性生殖器切割超椭圆板的非线性行为目前还没有报道。摘要非线性弯曲和热后屈曲分析首次提出了功能梯度超椭圆板基于经典板理论。材料属性被认为是与温度有关的和分级在厚度方向上。数值插图关注功能梯度板的非线性行为与固定简支和固定夹。影响了不同的边界,支持热环境条件和体积分数指数详细讨论了利用里兹法
精密加工和纳米加工制造技术的革命性的里程碑,介绍了许多启发方法如micro-EDM [1[],微数控渐进成形2),显微光刻法(3[],纳米压印技术4)等精密加工也被认为是micromanufacturing的描述制造微型结构的过程。从历史上看,制造集成电路和半导体器件的制造技术是第一个申请。与先进的微机电系统(MEMS)和其他纳米技术、精密加工的应用大大扩展。事实上,更多的发展和研究进行了,都需要准确的模式检查尺寸和几何图形的精确定义。因此,需求模式分析方法。
自EBL(电子束光刻技术)已成为必不可少的制造方法,生产和研究,因此,直接用于电子模式生成摘要。为了准确分析生成的模式,各种检查方法被用作比较。本文的目的是比较连续的光,扫描电子和原子力模式检查方法的优点,缺点和局限在微尺度广场长方体模式。
电子提单(电子束光刻技术)是一种高分辨率显微光刻法方法通过扫描的电子束resist-covered删除未暴露或接触点的材料。已经合并最重要micronanofabrication技术模式从10 nm 10毫米(5),最灵活的方法,可以进行亚微米结构的制造复杂的几何图形,和其他主要生产的光掩模光刻技术。所有这些角色电子微观和纳米加工的主要技术之一。
525μm 4英寸硅晶片的厚度,显示为图1、用作材料和模式生成的程序是在一个超级干净的房间。EBL(电子束光刻)方法用于生成模式。整个过程包括:
图1:(一)4英寸硅片样品;(b)电子束光刻机模型:F5112 + VD01,效果显著。
步骤1
抵制涂料、电子束抵抗(OEBR-CAP112PM)是应用的方法称为旋转涂布。晶片快速旋转的旋转涂布机(模型:sc - 400)在3000 rpm 60秒时涂层与抗拒。
步骤2
Pre-bake、加热三分钟的硅片在110°C的实验室烤箱(模型:DNF-44)。pre-bake的目的是多余的涂料溶剂蒸发和硬化的抗拒。
步骤3
曝光,使用电子束曝光机(模型:EB作家F5112 + VD01显著),如图所示图1 b,扫描一束电子在抵抗表面去除resist-covered材料的接触点和创建所需的模式结构。
步骤4
发展,在这个阶段,一个四甲基氢氧化铵水溶液(2.38%,ztma - 100)应用于薄片60秒钟。
步骤5
Post-Baking、加热三分钟的晶片在110°C。后烘烤的目的是稳定和加强抵制而消除化学发展的痕迹。
步骤6
腐蚀,使用SF6气体(六氟化硫)CHF3(三氟甲烷)等离子体RIE(反应离子刻蚀)机(模型:ce - 300我爱发科)真空蚀刻硅片。
连续光检查方法
首先,生成的模式(表1)电子光学方法研究了化合物显微镜(模型:VH-Z100日本基恩士)和CCD(电荷耦合器件)监控(模型:VHX-200/100F,日本基恩士),使用可见光透镜系统来放大图像的小对象。在光学显微镜下,观察的标本被认为是一个光吸收对象,通过这种方式,光从显微镜冷凝器通过标本不会倾斜。光被认为是直接的或非偏移光。一些光,部分倾斜当遇到样品部分,被认为是衍射光。一旦多个镜头收集标本直射光和散射光,然后使用一组单独的镜头聚焦光图像。最大放大仅限于1000 x。控制方程的解析如下:
(1)
d是决议,λ是光的波长,NA物镜的数值孔径。在大多数情况下,λ为550海里(绿灯),和空气作为介质NA最高为0.95,因此,分辨率约为300纳米的最低价值方程的解析。
后检查模式# 1 (表1),一个10μm x 10μm广场长方体模式,图像被CCD相机,如图所示图2一个生动的图像的实时显示,最大放大率(1000 x)。模式是整齐地在广场形成的几何形状。广场的尺寸是10.08μm x 10.08μm测量的CCD显微照片。然而,模式是模糊的深度视觉调查或精确的测量。
图2:CCD的图像(一)模式# 1和# 2 (b)模式。
表1。参数的样本。
| 模式# | 几何 | 区(µm) | 深度(µm) |
|---|---|---|---|
| 1 | 广场的长方体 | 10 x 10 | 1 |
| 2 | 广场的长方体 | 2.5 x 2.5 | 1 |
为了探索一种化合物的大小限制光学显微镜、模式# 2 (表1),2.5μm x 2.5μm广场长方体模式,检查在相同的设置(最大放大率,0°倾角)。所示图2 b然而,形象生动,模式似乎难以精确测量,达到和分辨率限制。从理论上讲,分辨率可以达到的最小值在300海里,但在实用,当模式长度接近或低于1μm,显微照片的放大和质量开始下降。因此,复合光学显微镜检查不适合亚微米模式。
原子力研究方法
原子力研究方法引入本,et al。6]。一年,一个工作原型AFM(原子力显微镜)发明。今天,AFM被认为是一种多用途技术的试样表面形貌成像与高分辨率达到纳米尺度。AFM由悬臂探针的扫描表面,和一个激光点用于测量偏转从悬臂的末端。悬臂梁的挠度是表达的:
(2)
(3)
在悬臂的杨氏模量E材料;F的力是应用于悬臂在正常结束的方向;L, w和tc悬臂的长度,宽度和厚度相应;dZc/ dX endslope的变化。
杨氏模量是表达的
(4)
(5)
其中E是弹性模量;然后是拉应力σ;ε是拉伸应变;F是应用于物体上的力;A0是原始横截面积的力是应用;ΔL是由对象的长度变化量;L0是原始对象的长度。
悬臂的弹簧常数的表达式是:
(6)
更准确的表达为悬臂的弹簧常数优化撒德牌(7]:
(7)
在α是一个开放的角度。
在本节中,模式# 2 (表1)是被AFM研究(模型:NanoNaviIIe,计划。整个检查过程大约20分钟,包括初始-制备参数的方法——扫描。
在制备步骤,如所示图3,重要的是要调整激光束悬臂和激光点在框架的激光中心位置对话框。
图3:AFM设置;(一)AFM的示意图,(b)激光调整,(c)激光点在悬臂上。
扫描后,AFM图像,如图所示图4 a和4 b生成一个彩色的三维结构和详细分析的非常精确的测量标本如类风湿性关节炎、Rp, RMS和Rz (表2)。Ra是表面粗糙度平均水平。Rp是最大的轮廓峰高。RMS的均方根平均轮廓高度评价长度。Rz的平均最大高度剖面。然而,扫描标本是有限的面积大约150μm x 150μm最大高度或深度10 - 20μm。此外,角落里的标本是由于缺陷形成的约定AFM开发模式。
图4:模式# 2的AFM显微照片;(一)深度测量;(b)的3 d图像。
表2。测量参数。
| 测量 | 类风湿性关节炎(nm) | Rp (nm) | RMS (nm) | Rz (nm) |
|---|---|---|---|---|
| 1.16 e + 02 | 2.25 e + 02 | 1.94 e + 02 | 1.12 e + 03 |
表3。总体比较连续的光、AFM、SEM。
电子扫描检查方法
在本节中,SEM(扫描电子显微镜)用于检查模式。方法是使电子与原子的标本,以接收信号,包含了样品的表面形貌。所示图5一个,一个典型的扫描电镜使用一个电子枪产生电子束thermionically钨丝阴极。SEM本身有冷凝器和客观的镜头,和功能是聚焦电子束点不像光学显微镜图像的目的。电子束的能量范围从0.5 keV 40凯文。检查标本与电子束交互,使电子束失去能量的散射和吸收。因此,图像可以生成的标本检测到的电流分布的电子束电流吸收的标本。
图5:扫描电子显微镜;(一)扫描电子显微镜图;(b)扫描电镜(模型:FE-SEM s - 4700、日立);模式# 2 (c)扫描电镜显微照片。
8麦克斯韦方程,用现代向量(8),作为主要公式产生的电磁场磁透镜,表示如下:
总电流定律:
(8)
磁力的方程:
μH =∇×一(9)
安培全电流定律:
∇×H=J合计(10)
感应电动势产生的对流,通过静电:
(11)
电弹性方程:
(12)
欧姆定律:
(13)
高斯定律:
∇⋅D =ρ(14)
连续性方程:
(15)
H是磁化场;J是电流密度;D是位移场,ρ是自由电荷密度,是磁势,E是电动势;φ是电势;σ是导电性。
在三维扫描电镜显微照片外观表面结构的研究和有用。SEM的放大范围从10 x 500000 x 500多倍的放大极限复合光学显微镜(参见3.1节)。
模式# 2 (表1)是扫描在30°倾角高能源的电子束扫描电镜(模型:FE-SEM s - 4700、日立),如图所示图5 b在洁净室环境。电子束的能量是10 keV的典型值高真空扫描电镜检查。图5 c显示扫描电镜能够提供实时的黑白模式的生动形象。虽然,结构显示中等分辨率质量与AFM相比,扫描区域的标本和优于AFM扫描速度。同样的模式已经被复合光学显微镜检查(模型:VH-Z100,日本基恩士)(参见3.1节),与比较,很明显,SEM可以调查模式在亚微米9]。
表3揭示了简洁的比较函数的特殊待遇,扫描速度、分辨率、放大、分析和扫描区域。
| 类别 | 连续的光 | AFM | 扫描电镜 |
|---|---|---|---|
| 特殊待遇 | 没有 | 没有 | 真空 |
| 扫描速度 | 高 | 非常低的 | 媒介 |
| 决议 | 媒介 | 高 | 高 |
| 放大 | 低 | 非常高的 | 高 |
| 分析 | 媒介 | 高 | 低 |
| 扫描区域 | 媒介 | 有限的 | 高 |
| 深度 | 媒介 | 高 | 高 |
| 表面粗糙度 | 媒介 | 高 | 高 |
在这项研究中,模式(表1)是由电子提单(电子束光刻技术),并通过三个不同的检查成像方法:连续的光,原子力和电子扫描。为了区分这些方法的功能,一个复合光学显微镜(模型:VH-Z100,日本基恩士)和CCD(电荷耦合器件)监测(模型:VHX-200/100F,日本基恩士),一个AFM(原子力显微镜)(模型:NanoNaviIIe,孵化器计划)和SEM(扫描电镜)(模型:FE-SEM s - 4700、日立)操作模式检查设备。适当和谨慎的调查后,字符,这些方法的优点和缺点。
在三种检查方法,复合光学显微镜和SEM扫描速度上的优势AFM。AFM的另一个主要缺点是标本的面积可以检查。样品的扫描区域AFM仅限于大约150μm x 150μm 10 - 20μm最大高度或深度。然而,它提供了更高的图像分辨率相比,光学显微镜和SEM。相反,在光学显微镜扫描率较高,但低放大检查亚微米模式是困难的。与AFM和光学显微镜、SEM有能力检查模式快速扫描速度与高放大500000倍。然而,主要的缺点是操作环境需要在真空中运作。
这项工作是由下边了(日本教育部,文化、体育、科技)支持战略研究基金会的项目在私立大学,格兰特# S1411010。
