Name: 牺牲纳米颗粒使用删除散粒噪声的影响通过电子束光刻装配式接触孔 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 47 s
Description: 了解利用纳米颗粒与光刻胶回流技术消除电子束光刻中散粒噪声的方法。该技术可在现有半导体工厂中实现亚20纳米高精度图案制备，显著提升微处理器与存储芯片的制造可靠性。

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本研究工作由英特尔公司通过资助号 414305 提供资助，俄勒冈纳米与微技术倡议（ONAMI）提供了配套资金。我们衷心感谢 James Blackwell 博士在本研究各个阶段给予的支持与指导。特别感谢 Drew Beasau 和 Chelsea Benedict 对颗粒定位统计的分析工作。感谢 Hall 教授对稿件的仔细审阅，以及位于俄勒冈州尤金市的俄勒冈大学 Kurt Langworthy 博士在电子束光刻方面的帮助。

1. 硅片表面的衍生化与表征

<ol>
	<li>使用美国无线电公司（RCA）清洗液 SC1 和 SC2 清洁晶圆表面。</li>
	<li>通过以下化学试剂的体积比混合制备 SC1 和 SC2： 
	SC1：H2O2:NH4OH:H2O = 1:1:5 v/v；SC2：H2O2:HCl:H2O = 1:1:5 v/v。
	<ol>
		<li>将晶圆在 70 °C 下浸入 SC1 溶液中 10 分钟，随后用去离子水清洗。</li>
		<li>对 SC2 采用类似步骤（70 °C 下处理 10 分钟，随后清洗）。 
		注意：该清洗程序可去除有机物和离子杂质，并在硅片的二氧化硅表面生成硅醇基团。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用 AATMS 对硅片表面进行衍生化处理
	<ol>
		<li>将清洗后的硅片在 0.05 M AATMS（溶于无水甲苯）中 80 °C 孵育 20 分钟，随后在室温下用 100 W 超声仪在纯甲苯中进行 5 分钟超声处理，并用氮气流吹干。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>对衍生化后的硅片表面进行表征
	<ol>
		<li>使用接触角测量仪和 ImageJ 软件测定接触角25。</li>
		<li>使用椭偏仪（He-Ne 激光光源，λ = 632.8 nm，固定入射角 70°）测定薄膜厚度25。</li>
		<li>通过 X 射线光电子能谱（XPS）估算表面元素组成25。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 电子束光刻
<ol>
	<li>在AATMS修饰的晶圆上旋涂光刻胶（2%聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的苯甲醚溶液），转速为4,000 rpm，持续60秒。</li>
	<li>在180 °C下预烘60秒，以干燥光刻胶薄膜。</li>
	<li>使用椭偏仪测量光刻胶薄膜厚度。确保使用波长λ = 632.8 nm的氦氖激光光源，并固定入射角为70°。通过硅片等反射表面优化样品台位置，以最大化检测器信号。使用连接的PC上的椭偏仪测量程序（GEMP）测量光刻胶膜厚；膜厚应约为100 nm。</li>
	<li>电子束曝光：
	<ol>
		<li>将晶圆转移至电子束曝光系统的高真空腔室中。</li>
		<li>使用电子束（加速电压30 kV，束流37 pA）穿过10 µm的光阑，以24 µC/cm3的剂量曝光，形成扑克点状孔图案。</li>
		<li>根据需要调整图案间距和剂量，以获得所需孔径（80 nm）和间距（200 nm）的扑克点状孔阵列。</li>
		<li>将晶圆从电子束腔室中取出。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>显影光刻图形：
	<ol>
		<li>在甲基异丁基酮/异丙醇（MIBK/IPA，1:3（v:v））溶液中显影70秒，开始图形显影过程。</li>
		<li>随后将样品浸入异丙醇中继续显影30秒，再用去离子水冲洗30秒完成显影。用氮气气流吹干晶圆。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 将金纳米颗粒沉积到电子束刻蚀的孔洞中
注意：金纳米颗粒在图案化孔洞中的沉积采用两种不同的方法。
<ol>
	<li>将预图案化的晶圆浸入 GNP 溶液中（方法 1）。
	<ol>
		<li>将样品置于GNP悬浮液中孵育24–48小时，具体时间取决于GNP的尺寸和孔径大小。使用含有7.0 × 10⁹个/mL的20 nm柠檬酸钠包被的GNP悬浮液11 NPs/mL 
		注意：可使用粒径范围为10–100 nm、浓度范围为5.7 × 1012 - 5.7 × 109 NPs/mL，由 Ted Pella 提供。请注意，沉积密度遵循扩散定律 ̴(Dt)1/2，其中 D 和 t 分别为纳米粒子的扩散系数和沉积时间（即， 较小的颗粒沉降所需时间更短，如参考文献20所述。 图2c).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在图案化晶圆上喷涂沉积金纳米颗粒（方法2）
	<ol>
		<li>通过蒸发法沉积金纳米颗粒（GNPs）时，将GNPs溶液喷洒到水平放置的图案化基底上。手持喷雾器（方法2）时，应使喷雾方向垂直于基底表面。</li>
		<li>喷洒足量的悬浮液，以润湿整个基质表面。 
		注意：可能需要将GNP悬浮液稀释10倍，以避免多个纳米颗粒被强行进入同一个大孔中。</li>
		<li>在30-℃的加热板上孵育样品35 °C 以实现10分钟的受控蒸发。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>沉积完成后（方法1或方法2均可），将样品置于去离子水中轻微超声处理（100 W，50 s），随后用氮气流吹干。</li>
</ol>
4. 扫描电子显微镜成像
注：本研究涉及两种类型，分别为传统的自上而下式扫描电镜成像和横截面扫描电镜成像。
<ol>
	<li>进行俯视SEM成像时，使用5 kV的电子束加速电压和约300 µA的电流，以防止对光刻胶薄膜造成损伤。 
	注意：必须采用尽可能低的电压和电流设置，以减少光刻胶中的链断裂反应。这些链断裂反应会降低聚合物的玻璃化转变温度，进而影响下文所述的光刻胶回流步骤的操作温度。</li>
	<li>截面成像：
	<ol>
		<li>在PMMA光刻胶表面溅射镀覆10 nm厚的金膜，以防止离子束损伤。使用在30 kV和93 pA条件下工作的聚焦Ga离子束切割出孔洞。通过将晶圆从其正常的水平位置倾斜，获取截面SEM图像。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. 图案化孔洞中 PMMA 光刻胶在 GNPs 周围的再流动
<ol>
	<li>将图案化基底置于热板上，在 Treflow（100 °C）下加热 3 分钟，该温度低于已确定的 950,000 g/mol PMMA 的玻璃化转变温度 Tg（110 °C）；该聚合物的回流速率为 1.7 ± 0.1 nm/s。 
	注意：此前在扫描电子显微镜（SEM）成像过程中暴露于电子束下的图案化区域，其回流速度显著加快，可能是由于电子束照射导致聚合物主链断裂，从而降低了 Tg。该现象得到了 Keymeulen 及其同事研究的支持，他们指出 X 射线辐射会降低 PMMA 的 Tg26。</li>
</ol>
6. 干法刻蚀与湿法刻蚀
<ol>
	<li>在回流后，使用氧等离子体干法刻蚀足够时间（55 s），以暴露被PMMA薄膜覆盖的金纳米颗粒（GNPs）。通过椭偏仪或薄膜厚度监测仪，仔细监测PMMA薄膜随时间变化的刻蚀速率。 
	注意：刻蚀时间过短可能无法暴露GNPs，而刻蚀时间过长则会完全去除PMMA薄膜。对于950 kDa的PMMA，刻蚀速率为1.5 nm/s，因此需要55 s的刻蚀时间。</li>
	<li>回流后，使用含碘溶液对接触孔底部的GNPs进行湿法刻蚀，溶液组成为：1.0 g碘晶体（I2）、4.0 g碘化钾（KI）和40 mL去离子水，处理10分钟。 
	注意：碘化钾可提高碘在溶液中的溶解度，促进金的刻蚀。金与碘的反应（2Au + I2 → 2 AuI）生成碘化金，该产物在室温下微溶于水溶液。</li>
</ol>
7 . 颗粒位移、密度和填充分数的计算
<ol>
	<li>定位孔中心与金纳米颗粒位移：
	<ol>
		<li>手动绘制穿过孔阵列行和列的最佳拟合直线，分别绘制水平和垂直直线，以这些直线的交点确定孔的中心位置（图 2a 和 2b）。计算中应包含至少 500 个以上的孔。</li>
		<li>手动确定每个纳米颗粒相对于其沉积位置处纳米孔中心的位置r（即位移）（图 2b）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用标准电子表格程序绘制粒子数量随位移变化的直方图。</li>
	<li>粒子密度计算：ρ = N（粒子数）/单位面积（µm2）：
	<ol>
		<li>首先，计算一个环形区域的面积，该环形区域具有固定宽度 (≈R/10，其中 R 为孔半径)，并由两个半径r1 和 r2 所界定，其位移为 r（=(r1+r2)/2）；<img alt="环形面积公式 \(A=\pi(r_2^2-r_1^2)\)，数学方程，几何概念，示意图。" src="/files/ftp_upload/54551/eq2.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="方程 2">。</li>
		<li>从上述第 7.2 步构建的直方图中，统计该区域内的粒子总数N。</li>
		<li>以r为变量重复上述步骤，生成约 10 个等间距的步长，直至r = R（孔半径）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>采用非线性最小二乘法将粒子密度随位移的变化数据拟合为高斯曲线（图 2a，插图）20。提取沉积过程的位移标准差（σdeposition）及其拟合不确定性。</li>
	<li>对经光刻胶回流后获得的扫描电镜（SEM）图像重复上述步骤，参见 图 2c 所示 SEM 图像。 
	注意：回流后孔消失，需在金纳米颗粒位置上绘制最佳拟合的水平和垂直直线，以确定孔中心的最佳拟合值。按第 7.1 步方法计算粒子位移，并按照第 7.2–7.4 步所述协议提取综合的σTotal。 
	注意：此处“综合”或“总”是指由于沉积和回流步骤共同导致的金纳米颗粒整体位移。</li>
	<li>通过估算已填充孔的数量与总孔数的比值，确定填充分数，见 图 2b。</li>
</ol>

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</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

光刻中的散粒噪声（SN）是到达特定纳米区域的光子或粒子数（N）存在统计波动的简单结果；其大小与光子/粒子数的平方根成反比：
<img alt="信噪比公式，SN ∝ 1/√N ∝ 1/√A ∝ 1/r。" src="/files/ftp_upload/54551/eq3.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="公式 3">
其中 A 和 r 分别表示曝光区域的面积和尺寸。例如，当使用 ArF 193 nm（6.4 eV）准分子激光器对 50 nm 孔进行图形化时，在 52 mJ/cm2 的曝光剂量下接收到的光子数约为 1 × 106。而对于 50 keV 的电子束源，在提供 50 mJ/cm2 剂量时所需的电子数约为 128 个，这意味着电子束光刻中散粒噪声（SN）效应大约是前者的 100 倍。此外，到达特定区域的光子或电子数量随图形面积的减小而直接降低。因此，当所加工...

根据摩尔定律1,2（1）所量化的计算能力的指数级增长，是光学光刻技术不断进步的结果。在这种自上而下的图形化技术中，可实现的分辨率R由著名的瑞利定理3给出：
<img alt="显微镜分辨率公式：R ∝ λ/NA，光学成像中的关键概念。" src="/files/ftp_upload/54551/eq1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="公式 1">
此处， λ 和 NA 分别为光的波长和数值孔径。请注意 NA = η·sinθ，其中 η 是透镜与晶圆之间介质的折射率； θ = tan-1(d/2l）用于直径， d晶状体的距离 l，介于透镜中心与晶圆之间。在过去五十年中，光刻分辨率的提升主要通过以下途径实现：(a) 采用波长逐渐更短的紫外光源，包括准分子激光器；(b) 采用相移掩模的巧妙光学设计4；以及（c）更高 NA. 用于空气暴露（η = 1), NA 始终小于1，但通过引入一种液体 与 η &gt;1, 例如水5，位于透镜与晶圆之间， NA 可以升高到 1，从而提高浸没式光刻的分辨率。目前可行的通向20纳米节点及更小节点的技术路径包括极紫外光源（λ = 13 nm）或采用多层光刻胶的复杂双重及四重图形化技术6,7.
在纳米尺度上，由于散粒噪声（SN）导致到达纳米区域内的光子数量出现统计涨落，从而引起光刻图形尺寸的变化。这些效应在使用高能极紫外（EUV）光和电子束曝光时更为显著，因为这些系统所需的光子/粒子数量比常规光学光刻少几个数量级8。超高灵敏度的化学放大光刻胶（量子效率 >1）还会因曝光区域内光反应分子数量的波动而引入化学散粒噪声9,10。灵敏度较低的光刻胶需要更长的曝光时间，可抑制这些效应，但同时也会降低生产效率。
在分子尺度上，通过使用分子抗蚀剂，可降低光刻胶聚合物本身固有的分子尺寸分布对线边缘粗糙度的贡献11。与这种自上而下的纳米图案加工方法相辅相成的是采用自下而上的方法12,13，该方法特别依赖于嵌段共聚物的定向自组装（DSA）14。然而，这些工艺在引导成核以及在所需图案（如孔或线）之间形成非均匀间距方面仍存在挑战。分子组分的尺寸分布15,16也限制了制造的尺度与产率17,18。类似的问题也制约着软光刻中纳米粒子的微接触印刷19。
本文介绍了一种新型混合方法（图1），该方法将传统的自上而下的投影光刻技术与静电引导的自组装相结合，以降低SN/线边缘粗糙度（LER）的影响20。在显影后，暴露出位于PMMA薄膜下方的自组装单分子层（SAMs）中带正电的氨基，这些自组装单分子层由N-(2-氨基乙基)-11-氨基十一烷基甲氧基硅烷（AATMS）构成。带负电的PMMA光刻胶薄膜通过静电作用将带负电、柠檬酸盐包覆的金纳米颗粒（GNPs）21-24 富集到受SN影响的孔洞中25。随后，PMMA光刻胶的再流动将预先沉积的纳米颗粒包裹在薄膜内部。
<img alt="使用 SiO₂ 和 SiH₄ 的图案转移过程示意图；步骤包括光刻、纳米颗粒沉积和刻蚀。" src="/files/ftp_upload/54551/54551fig1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 1"> 
图 1： 利用精确尺寸的纳米颗粒（NPs）消除接触孔图案化过程中散粒噪声和线边缘粗糙度影响的策略示意图。 其中，关键尺寸（CD）为所需孔的直径。该方法（步骤 1）首先在硅晶圆的氧化物表面沉积一层带有正电荷胺基团的硅烷分子自组装单层膜（SAM）。接着，使用电子束光刻在 PMMA 光刻胶薄膜（蓝色层）上定义孔结构（步骤 2 和 3），此过程会产生散粒噪声，如插图中的扫描电镜（SEM）图像所示。光刻使孔底部的胺基团暴露出来。步骤 4 涉及在光刻定义的孔中，通过静电引导（EF）方式在水相中沉积尺寸可控、柠檬酸盐包覆（带负电荷）的金纳米颗粒（GNPs）。在步骤 5 中，将晶圆加热至 100 °C（低于 PMMA 的玻璃化转变温度 110 °C），导致光刻胶在已沉积的纳米颗粒周围发生再流动。随后用氧气等离子体刻蚀覆盖的 PMMA（步骤 6），使 GNPs 暴露出来，接着通过湿法刻蚀（碘）去除暴露的纳米颗粒（步骤 7），从而形成与 GNPs 尺寸相对应的孔。结合反应离子刻蚀/湿法刻蚀，可将光刻胶中的孔图案转移到 SiO2 层中（步骤 8）31。经参考文献20许可转载。 <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54551/54551fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
带相反电荷的金纳米粒子（GNPs）与基底上的氨基之间的静电相互作用，可防止GNPs从结合位点发生位移。回流步骤能够保持GNPs的相对位置，同时消除孔洞以及SN/LER的影响。等离子体/湿法刻蚀步骤会再生出与GNP尺寸相同的孔洞。反应离子刻蚀将这些图案转移至SiO2 硬掩模层。该方法依赖于使用尺寸比图案化纳米孔（NH）更均匀的纳米粒子，以标准偏差σ表示，即满足σGNP &lt;σNH。本报告重点讨论了图1中所述的步骤（4和5），即从分散液中沉积纳米粒子以及在纳米粒子周围进行光刻胶回流，以评估该方法的优势与局限性。原则上，这两个步骤均可扩展至更大的基底，无需对当前芯片上大规模集成电路的制备流程进行重大修改。

<table><tbody><tr><td>AATMS (95%)</td><td>Gelest Inc.</td><td>SIA0595.0</td><td>&lt;em&gt;N&lt;/em&gt;-(2-氨乙基)-11-氨基十一烷基三甲氧基硅烷</td></tr><tr><td>金胶体（Ted Pella 公司）</td><td>Ted Pella</td><td>15705-20</td><td>金纳米颗粒</td></tr><tr><td>过氧化氢</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td>H325-100</td><td>分析纯（用于晶圆清洗）</td></tr><tr><td>盐酸</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td>S25358</td><td>分析纯</td></tr><tr><td>氢氧化铵</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td>A669S-500SDS</td><td>分析纯（用于晶圆清洗）</td></tr><tr><td>氢氟酸</td><td>Fisher Scientific</td><td>AC277250250</td><td>分析纯（用于刻蚀 SiO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;）</td></tr><tr><td>甲苯（无水，99.8%）</td><td>Sigma Aldrich</td><td>244511</td><td>分析纯（AATMS 自组装过程中使用的溶剂）</td></tr><tr><td>异丙醇（IPA）</td><td>Sigma Aldrich</td><td>W292907</td><td>分析纯（用于配制显影液）</td></tr><tr><td>甲基丁基酮（MIBK）</td><td>Sigma Aldrich</td><td>29261</td><td>分析纯（用于配制显影液）</td></tr><tr><td>1:3 MIBK:IPA 显影液</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td>分析纯（显影液）</td></tr><tr><td>950 k 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，4% 苯甲醚溶液）</td><td>Sigma Aldrich</td><td>182265</td><td>电子束光刻用光刻胶</td></tr><tr><td>纯水：Barnstead Sybron Corporation 水纯化系统，电阻率为 19.0 M&amp;Omega;cm</td><td></td><td></td><td>基底清洗用水</td></tr><tr><td>Gaertner 椭圆偏振仪&amp;nbsp;</td><td>Gaertner</td><td></td><td>光刻胶和自组装单分子层厚度测量</td></tr><tr><td>XPS，ThermoScientific ESCALAB 250 仪器</td><td>Thermo-Scientific</td><td></td><td>表面成分分析</td></tr><tr><td>FEI Siron XL30</td><td>Fei Corporation</td><td></td><td>纳米图案表征</td></tr><tr><td>Zeiss sigma VP FEG SEM</td><td>Zeiss Corporation</td><td></td><td>电子束曝光与图案化</td></tr><tr><td>MDS 100&amp;nbsp; CCD 相机</td><td>Kodak</td><td></td><td>接触角测量中的液滴形貌成像</td></tr><tr><td>Tegal Plasmod</td><td>Tegal</td><td></td><td>氧气等离子体刻蚀光刻胶</td></tr><tr><td>I&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>451045</td><td>金刻蚀液组分</td></tr><tr><td>KI</td><td>Sigma Aldrich</td><td>746428</td><td>金刻蚀液组分</td></tr><tr><td>椭圆偏振仪（LSE Stokes 模型 L116A）</td><td>Gaertner</td><td>L116A</td><td>AATMS 自组装单分子膜厚度测量</td></tr></tbody></table>

利用牺牲性纳米颗粒消除电子束光刻制备接触孔中的散粒噪声效应

Use of Sacrificial Nanoparticles to Remove the Effects of Shot-noise in Contact Holes Fabricated by E-beam Lithography

采用极紫外（EUV）或电子束（E-beam）光刻技术制备的纳米图案在尺寸上表现出意外的波动。这种波动归因于光子/电子到达特定纳米区域时因散粒噪声（SN）引起的统计涨落。散粒噪声与到达的光子/电子数量的平方根成反比。在固定剂量下，EUV和电子束光刻中的散粒噪声大于传统（193 nm）光学光刻。通过结合自下而上与自上而下的图案化方法，可最小化散粒噪声在纳米孔图案化中的影响。具体而言，首先使氨基硅烷表面活性剂在硅片上自组装，随后旋涂一层100 nm厚的基于PMMA的电子束光刻胶薄膜。经电子束曝光及后续显影后，暴露出孔底部的表面活性剂薄膜。将硅片浸入含有带负电荷、柠檬酸盐包覆的20 nm金纳米颗粒（GNP）的悬浮液中，可在每个孔中沉积一个纳米颗粒。孔内暴露的带正电荷的表面活性剂薄膜通过静电作用将带负电的纳米颗粒引导至暴露孔的中心，从而永久固定其位置。接着，通过加热至光刻胶聚合物玻璃化转变温度附近，使光刻胶薄膜重新流动并包裹住纳米颗粒。该过程消除了受散粒噪声影响的孔结构，但通过强静电结合力将已沉积的GNP牢固锁定在原位。随后用氧气等离子体处理，通过刻蚀光刻胶的薄层使GNP暴露。再使用I2/KI溶液进行湿法刻蚀，可得到位于电子束光刻形成的凹陷中心的均匀孔结构。实验结果表明，该方法将散粒噪声引起的孔尺寸变异从35%降低至10%以下。该技术将晶体管接触孔的图案化极限延伸至20 nm以下。

图2展示了通过静电漏斗效应驱动，在厚度为60-100 nm的PMMA薄膜上直径为80 nm的孔洞中沉积20 nm金纳米颗粒（GNP）的扫描电镜（SEM）图像。正如其他研究者所观察到的22，该过程实现了每个孔洞中约沉积一个颗粒。颗粒在孔洞中心周围的分布呈高斯分布（右上角插图）。大多数孔洞（93%）包含一个GNP，其中95%的颗粒位于中心20 nm范围内。为进一步提高GNP的填充率及其定位精度，尚需进一步优化，相关内容在其他文献中已有讨论20,25。图2b和图2c分别展示了晶圆较大区域上沉积GNP的SEM图像，对应光刻胶回流处理前和处理后的结果。讨论部分将提供进一步的定量分析。
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尺寸均一的纳米颗粒可通过电子束光刻技术消除聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）光刻胶薄膜中接触孔图案的尺寸波动。该工艺包括通过静电聚焦将纳米颗粒引导至接触孔中心并沉积，随后进行光刻胶回流以及等离子体和湿法刻蚀步骤。

采用极紫外（EUV）或电子束（E-beam）光刻技术制备的纳米图案在尺寸上表现出意料之外的波动。这种波动具有……

本方案的总体目标是利用纳米颗粒和抗蚀剂回流技术，消除光刻图形中的散粒噪声效应。这种纳米图形化技术能够去除极紫外光刻和电子束光刻中的散粒噪声，这些光刻技术目前正计划用于制造先进的半导体器件，例如微处理器和存储芯片。该技术的主要优势在于其步骤易于实现。在现有的半导体加工制造厂中，无需对现有的双重套件进行大规模改造。该技术的意义在于能够提升我们制造亚20纳米图案的能力，因为它可减少由光学和化学散粒噪声效应引起的尺寸波动。通常，刚接触该方法的人员会遇到困难，因为该方法要求熟悉自下而上和自上而下的加工技术，例如嵌段共聚物自组装和投影光刻。本次实验操作将由目前就职于英特尔公司的 Moshood Morakinyo 博士进行演示，我实验室的研究生 Srikar Rao 将协助完成。开始实验前，需配制 RCA 清洗法所需的 SC-1 和 SC-2 溶液。将硅片依次浸入SC-1和SC-2溶液中，每种溶液在70摄氏度下处理10分钟。每次浸泡后，用去离子水冲洗硅片，然后用氮气流吹干。接下来，将洁净、干燥的硅片浸入含有0.05摩尔浓度AATMS的干燥甲苯溶液中，在80摄氏度下浸泡20分钟，以对硅片表面进行衍生化处理。将晶圆在室温下用甲苯超声处理五分钟，功率为100瓦，随后用氮气将晶圆吹干。通过旋涂法在制备好的晶圆上涂覆一层聚甲基丙烯酸甲酯光刻胶薄膜，然后利用电子束光刻技术在其中刻蚀出孔洞图案。制备直径小于图案化孔洞的柠檬酸盐包被金纳米颗粒悬浮液。金纳米颗粒浓度可根据其尺寸在每毫升5.7×10⁹至10¹²个颗粒之间调整。通过浸渍法将金纳米颗粒沉积到图案化孔洞中时，将图案化晶圆浸入该悬浮液中，浸泡时间为24至48小时，具体时长取决于金纳米颗粒的尺寸。或者，通过蒸发法沉积金纳米颗粒（GNPs）时，首先将已制备图案的晶圆放置于平坦表面，将金纳米颗粒悬浮液滴加至晶圆整个表面。将晶圆置于30至35摄氏度的加热板上加热10分钟，以蒸发溶剂。金纳米颗粒沉积完成后，在去离子水浴中超声处理晶圆50秒，功率为100瓦。用氮气吹干晶圆。进行晶圆的俯视扫描电子显微镜观察时，将电子束调至尽可能低的加速电压和电流，以减少成像过程中对光刻胶膜的损伤。将晶圆置于加热板上，在100°C下加热3分钟，以促进PMMA光刻胶在沉积的金纳米颗粒（GNPs）周围发生回流。使用氧气等离子体对晶圆进行干法刻蚀，约55秒，以暴露接触孔中的金纳米颗粒（GNPs），同时不完全去除PMMA薄膜。在整个刻蚀过程中监测刻蚀速率，确保PMMA薄膜未被完全去除。随后，将金纳米颗粒（GNPs）在含有1.0克碘晶体、4.0克碘化钾和40毫升去离子水的溶液中湿法刻蚀10分钟，以从薄膜上完全去除金纳米颗粒（GNPs）。使用扫描电子显微镜对晶圆进行成像。根据回流和刻蚀前后扫描电子显微镜图像计算孔中心、金纳米颗粒位移、颗粒计数、颗粒密度以及填充分数。利用该方法，将20纳米的金纳米颗粒沉积到涂有PMMA的硅晶圆上80纳米的孔洞图案中。将PMMA光刻胶加热至略低于其玻璃化转变温度，使光刻胶在金纳米颗粒（GNPs）周围发生流动，从而消除由电子束光刻形成的纳米孔图案。通过干法刻蚀重新暴露金纳米颗粒后，再采用湿法刻蚀去除金纳米颗粒，最终在PMMA薄膜中形成直径为20纳米的孔洞，其排列方式与原始图案一致。当采用浸没沉积法时，93%的孔洞中单独占据一个颗粒，且95%的颗粒沉积位置距离孔洞中心在18纳米范围内。蒸发法导致多个金纳米颗粒（GNPs）占据了许多孔洞，表明该过程需要进一步优化。提取光刻胶回流对20纳米GNPs位移的贡献后发现，回流过程对GNPs定位的影响可忽略不计。该方法制备的20纳米孔洞的变异系数约为9%，与GNPs尺寸变异的系数相当。这比电子束光刻制备的20纳米孔预测的变异系数（CV）提高了约6倍，比原始80纳米孔预测的变异系数（CV）提高了约60%。一旦掌握，若操作得当，该技术可在24小时内完成。在进行此操作时，请务必使用单分散的纳米颗粒，并采用温和的超声处理以去除抗蚀剂表面松散结合的纳米颗粒。尽管本方法已通过电子束光刻技术进行了演示，但也可应用于基于极紫外、X射线或其他高能曝光系统的其他系统。我在一个由英特尔资助的光刻项目期间提出了这一方法的构想。目前，该技术为消除光刻中的散粒噪声和线边缘粗糙效应提供了一种新途径。观看本视频后，您应能充分理解如何沉积纳米颗粒、回流抗蚀剂并刻蚀纳米颗粒，以减少纳米制造中的散粒噪声。

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