Otimização do sistema óptico da linha de microfeixe de íons do Laboratório de Implantação Iônica da UFRGS

Abstract

Este trabalho de conclusão de curso foi desenvolvido com o objetivo de otimizar a linha de microfeixe de íons existente no Laboratório de Implantação Iônica da UFRGS. O microfeixe de íons consiste de um feixe de prótons focalizado e da ordem de alguns micrômetros. O sistema de microfeixe consiste em duas fendas responsáveis pela demagnificação do feixe, um sistema de varredura, um de focalização e uma câmara de irradiação. O trabalho consiste em otimizar o sistema óptico do microfeixe de íons, por via da modificação dos parâmetros que compõem o sistema de demagnificação. Para atingir tal fim, amostras de poli(tereftalato de etileno) foram irradias com íons H+ de 2.2 MeV de energia e em seguida submergidas em uma solução corrosiva. Após esse processo de irradiação e ataque químico, microestruturas são evidenciadas em 2D com alta razão de aspecto e observadas por microscopia eletrônica de varredura. A análise das amostras pela técnica de microscopia eletrônica de varredura permite correlacionar o tamanho das microestruturas com as aberturas do sistema de demagnificação e focalização do microfeixe. São descritos, nesse trabalho, as causas que regem o alargamento do feixe e os complexos efeitos de aberração, problemas tais como vibrações mecânicas em torno da câmara de irradiação e desalinhamentos dos quadrupolos do sistema de focalização. São discutidas as vantagens de um feixe de íons em um processo de litografia e a dependência dos parâmetros associados a alta razão de aspecto no processo de demagnificação de um feixe altamente energético.

The aim of the present work is to optimize the microprobe beamline of the Ion Implantation Laboratory (IF-UFRGS). In short, an ion microprobe consists of charged particles focused to the dimensions of a few micrometers. The focusing system is made of two slits for demagnification, a set of magnetic lenses with scanning capability and a reaction chamber. By changing the parameters related to this system, one can optimize the features of the beam. To that end, samples of poly(tereftalate etylene) were irradiated with 2.2 MeV H+ ions and etched, yielding 2D microstructures with high aspect ratio. The analysis of the structures with Scanning Electron Microscopy proved to be an important tool in order to establish a correlation between the size of the microstructures and the parameters of the focusing system. In this work, the causes leading to a beam enlargement are discussed, as well as the aberrations which affect the system. Finally, the advantages of using ions for lithography purposes is pointed out.