Intensive Laserstrahlungsexperimente von Submikrometer-Skalazielen werden derzeit mit langsamen Schussraten durchgeführt. Unser Protokoll löste diese Herausforderung, indem es diese Ziele schnell automatisiert in den Fokus des Lasers stellte. Unser Zielsystem ermöglicht die Erfassung von Daten mit einer großen Anzahl von Laseraufnahmen mit in kleinen Schritten geänderten Zielparametern sowie Anwendungen, die von einer hohen Gesamtstrahlungsdosis profitieren.
Die visuelle Demonstration dieses Protokolls zeigt die Feinheiten des Waferherstellungsprozesses und die Zielausrichtung. Die Prozessführer Nirit Porecki Shamay und Nofar Livni demonstrieren den Zielfertigungsprozess. Verwenden Sie zur Herstellung der Rückseite einen 250 Mikrometer dicken 100 Millimeter großen Siliziumwafer mit hoher Spannung in einer beidseitig mit Siliziumnitrid beschichteten Kristallformation mit einer Null-Null-Kristallbildung.
Den Wafer mit Aceton und Isopropanol reinigen. Dann spinbeschichten Sie den Wafer mit HMDS widersteht, um eine Klebeschicht zu bilden. Spin beschichten Sie den Wafer mit einem AZ 1518 positiven Photoresist.
Backen Sie den Wafer bei 100 Grad Celsius für eine Minute. Photolithograph 1 000 mal 1.000 Mikrometer quadratische Öffnungen unter Vakuum, die den Wafer in einem Vier- bis Sieben-Sekunden-Zyklus einer 400 Nanometer UV-Lampe aussetzen, so dass der Wafer einem Gesamteinfluss von 40 Joule pro Zentimeter im Quadrat ausgesetzt ist. Verwenden Sie dann einen AZ 726 Entwickler, um das Siliziumnitrid und ein Bad mit dehydriertem Wasser freizulegen, um den Prozess zu stoppen.
Verwenden Sie eine reaktive Ionenusw., um das Siliziumnitrid an der Position der Quadrate zu entfernen. Legen Sie den Wafer für 20 Minuten in ein NMP-Bad, um den Restwiderstand und den Photowiderstand zu entfernen, wodurch eine Replik der Maske auf der Siliziumnitridschicht entsteht. Dann unter frischem Wasser waschen und trocknen lassen.
Den Wafer in einer Kaliumhydroxidlösung von 30%90 Grad Celsius versenken, um das Silizium durch die quadratischen Öffnungen zu ätzen. Um die Vorderseite herzustellen, wiederholen Sie das zuvor beschriebene Verfahren mit einer Maske, die als drei konzentrische Ringe geformt ist. Verwenden Sie die reaktive Ionenusw., um das Siliziumnitrid zu entfernen, wo sich die Ringe befinden, gefolgt von einem NMP-Bad, um Widerstands- und Photoresist-Reste zu entfernen.
Rauen Sie die Siliziumringe, indem Sie den Wafer in Salpetersäure und in einer Lösung von 0,02 Molsilbernitrat und vier Molfluorwasserstoff versenken. Verwenden Sie auf der geätzten Seite des Wafers eine physikalische Dampfabscheidungsmaschine, um eine Schicht von ein paar hundert Nanometern Gold auf einem 10-Nanometer-Film aus Klebstoff Titan, Nickel oder Chrom zu spucken. Blockieren Sie den Strahl und bringen Sie das erste Ziel unter einem Mikroskop mit hoher Vergrößerung ins Blickfeld.
Zeigen Sie einen Triangulations-Bereich-Sensor auf den aufgerauten Ring, der dem Ziel am nächsten liegt, und zeichnen Sie dessen Verschiebungsmessung auf. Lassen Sie das Mikroskop an Ort und Stelle, bewegen Sie den Wafer weg, um den Strahlweg zu räumen. Verwenden Sie die beiden Klappspiegel und den Parabolspiegel außerhalb der Achse, um den Strahl mit geringer Leistung in das Sichtfeld des Mikroskops auszurichten.
Passen Sie diese drei Spiegel an, um Astigmatismen im Strahl zu korrigieren. Das Ergebnis sollte ein nahezu beugungsbegrenzter Brennpunkt sein. Blockieren Sie den Laserstrahl und bringen Sie das Ziel wieder in den Fokus des Mikroskops.
Überprüfen Sie dann seine Position mit dem Mikroskop und den Messsensoren. Verwenden Sie Software, um eine closed Loop-Rückmeldung zwischen dem Fokusachsenmanipulator des Ziels und dem Lesewert des Verschiebungssensors unter Verwendung des zuvor aufgezeichneten Verschiebungswerts als Sollwert zu implementieren. Sobald die Geschlossene Schleifenpositionierung einen gewünschten Toleranzabstand vom Sollwert erreicht hat, bestrahlen Sie das Ziel mit einem einzigen Hochleistungslaserpuls.
Zeichnen Sie Daten aus der Partikeldiagnose auf und wiederholen Sie den Vorgang mit dem nächsten Ziel, das von der Software in den Fokus gerückt wird. Dieses Zielabgabesystem wurde eingesetzt, um Ionen von der Rückseite von 600 Nanometer dicken Goldfolien zu beschleunigen. Hier wird eine Zeitreihe der Zielverschiebung entlang der Brennachse angezeigt.
Die Werte sind relativ zum Sollwert der Brennpunktposition. Die grünen Punkte zeigen an, wann sich die Zielverschiebung innerhalb eines Toleranzwerts von einem Mikrometer vom Sollwert entfernt befand, d. h., wenn ein Laserschuss aufgenommen wurde. Thomson Parabola-Ionen-Spektrometerspuren wurden aus 14 aufeinanderfolgenden Bestrahlungen von 600 Nanometer dicken Goldfolienzielen gewonnen.
Aus diesen Spuren wurden Energiespektren abgeleitet. Die Peak-to-Peak-Stabilität der maximalen Protonenenergie lag innerhalb von 10%Nach diesem Verfahren können Untersuchungen der Ionen- und Elektronenbeschleunigung aus der Neuronenerzeugung systematisch durchgeführt werden.
