Einstelligen Nanometer Elektronenstrahl Lithographie mit einem Aberration korrigiert Scan Transmissions-Elektronenmikroskop

Dieses Protokoll bietet Anleitungen zur Definition von Mustern mit einstelliger Nanometerauflösung in zwei gängigen Elektronenstrahlwiderständen mit einem Rasterübertragungselektronenmikroskop oder STEM als Belichtungswerkzeug. Die Verwendung eines aberrationskorrigierten MINT in diesem Protokoll ermöglicht eine routinemäßige Musterung lithographischer Merkmale mit einer Auflösung von nur einem Nanometer. Obwohl sehr spezialisierte und teure Werkzeuge, sind diese Instrumente manchmal für den Einsatz ohne Kosten zur Verfügung.

Die in diesem Protokoll beschriebenen Techniken können verwendet werden, um nanoskalige Muster in eine Vielzahl von Materialien zu übertragen. Ermöglichen Sie somit die Herstellung neuartiger Geräte mit einstelliger Nanometerauflösung. Demonstriert wird Na Li, eine Studentin am Center for Functional Nanomaterials.

Um zu beginnen, platzieren Sie zwei Streifen von doppelseitigem Carbonband etwa gleich weit von der Mitte des Siliziumhalters entfernt und etwas weniger als der Durchmesser des TEM-Chips getrennt. Spülen Sie die Streifen mit Isopropylalkohol, um ihre Haftfestigkeit zu reduzieren und zu vermeiden, dass der empfindliche TEM-Chip beim Entfernen aus dem Siliziumhalter bricht. Montieren Sie den TEM-Chip am Siliziumhalter und stellen Sie sicher, dass er nur an zwei gegenüberliegenden Kanten an den Carbonbandstreifen befestigt ist.

Um den HSQ-Widerstand zu drehen, montieren Sie den Siliziumhalter auf dem Spinnerfutter und richten Sie die Mitte des TEM-Fensters ungefähr mit der Mitte des Spinnerrotors aus. Mit einer Pipette das gesamte TEM-Fenster mit einem Tropfen HSQ abdecken. Je nach verwendetem Widerstand folgen Sie den spin-Beschichtungs- und Backparametern, die im Textprotokoll dargestellt sind.

Entfernen Sie nach der Spin-Beschichtung den TEM-Chip vorsichtig aus dem Siliziumhalter. Prüfen Sie die Widerstandsgleichmäßigkeit über dem TEM-Fenster mit einem optischen Mikroskop. Wenn der Film über den zentralen Bereich der Membran homogen ist, wie hier gezeigt, fahren Sie mit dem nächsten Schritt fort.

Andernfalls wiederholen Sie den Widerstandsbeschichtungsprozess auf einem frischen TEM-Fenster. Montieren Sie den resistbeschichteten TEM-Chip am STEM-Probenhalter. Stellen Sie sicher, dass die Widerstandsvakuumschnittstelle dem eingehenden Strahl zusieht.

Da der Strahl optimal an der Spitze der Probe fokussiert ist. Stellen Sie außerdem sicher, dass die Seiten des TEM-Fensters annähernd an der X- und Y-Achse der MINT-Stufe ausgerichtet sind. Dadurch wird das Navigieren zum TEM-Fenster erleichtert.

Laden Sie nun den TEM-Chip in das Mikroskop und pumpen Sie über Nacht, um Verunreinigungen in der Probenkammer zu reduzieren. Bewegen Sie am nächsten Tag die Bühnenkoordinaten so, dass der Strahl mehr als 100 Mikrometer von der Mitte des TEM-Fensters entfernt ist, um eine versehentliche Exposition zu vermeiden. Stellen Sie den Stammsondenstrahlstrom auf 34 Picoamps und die Strahlenergie auf 200 Kilo Elektronenvolt ein.

In diesem Mikroskop entspricht ein Emissionsstrom von fünf Mikroamps einem Sondenstrahlstrom von 34 Picoamps. Stellen Sie in der Beugungsmodus-Bildgebung die Vergrößerung auf 30.000-mal ein, wobei der Strahl nicht mehr in den Fokus fällt. Das macht es einfacher, eine Kante des TEM-Fensters zu finden.

Der Beugungsmodus zeichnet sich durch einen stationären Strahl, einen Z-Kontrastmodus und einen Winkelwinkel-Direktfelddetektor aus. Wir verwenden den Beugungsmodus, weil er schneller ist. Da der Strahl nicht gescannt werden muss, um ein Bild zu bilden.

Navigieren Sie zum TEM-Fenster, bis eine Kante des Fensters auf dem Beugungsbild beobachtet wird. Navigieren Sie dann entlang der Fensterkanten und zeichnen Sie die X- und Y-Koordinaten der vier Ecken des TEM-Fensters auf. In dieser Übung werden die aufgezeichneten Koordinaten der einzelnen Fenster in dieser Folie angezeigt.

An der letzten Fensterecke erhöhen Sie die Vergrößerung auf 50.000 Mal und führen Sie eine grobe Fokussierung auf die Fenstermembran durch, indem Sie die Stufe z-Koordinate bewegen, bis die Querung der Beugungsmusterausrichtung beobachtet wird. Anschließend führen Sie eine fein fokussierte Ausführung durch Anpassen des Objektivstroms durch. Erhöhen Sie nun die Vergrößerung auf das 180.000-fache.

Passen Sie die Einstellungen für Fokus, Stigmation und Aberrationskorrektur an, um ein aberrationskorrigiertes Beugungsbild der Fenstermembran zu erhalten. Diese Fokussierungsmethode wird als Ronchigram-Methode bezeichnet. Schließen Sie das Strahltorventil, um eine versehentliche Exposition des Widerstands beim Bewegen der Bühne zu vermeiden.

Stellen Sie sicher, dass der Strahlstrom 34 Picoamps und die Vergrößerung 180.000 Mal beträgt. Verwenden Sie die vorab aufgezeichneten Fenstereckkoordinaten, um die Bühne so zu verschieben, dass das Ansichtszentrum 5 Mikrometer von der Mitte des Fensters entfernt ist. In dieser Übung wird diese Position durch Punkt A in der Folie dargestellt.

Öffnen Sie das Strahltorventil und fokussieren Sie es an dieser Stelle mit der Ronchigram-Methode. Schließen Sie als Nächstes das Strahltorventil. Verschieben Sie die Bühne, um das Sichtfeld in der Mitte des TEM-Fensters zu platzieren.

Ändern Sie die Vergrößerung auf 18.000 Mal. Übertragen Sie nun das Strahlsteuerungssystem auf das Mustergeneratorsystem, indem Sie auf den NPGS-Befehl der Benutzeroberfläche des Mustergenerators klicken und den Strahl irgendwo weg vom Musterbereich positionieren. Hier kommt die obere rechte Ecke zum Einsatz, die mit dem Befehl DAC plus 10 plus 10 erreicht wird.

Wenn Sie auf den Befehl "Datei verarbeiten" klicken, wird das System für die Belichtung bereit gestellt, die stattfindet, wenn die Leertaste des Mustergeneratorcomputers gedrückt ist, aber noch nicht gedrückt wird. Es ist wichtig, die folgenden Aktionen in schneller Folge durchzuführen, um zu vermeiden, dass der Widerstand an den Anfangs- und Endstrahlpositionen überzeichnet wird. Öffnen Sie das Torventil und überprüfen Sie es dann, indem Sie das Bild des Strahlbeugungsmusters beobachten.

Ob der Strahl an der Anfangsstrahlposition im Fokus steht. Stellen Sie das Muster zur Unterlegen. Wenn die Belichtung abgeschlossen ist.

Überprüfen Sie, ob das Beugungsmusterbild an der endgültigen Balkenposition im Fokus bleibt. Schließen Sie schließlich das Torventil und entfernen Sie den TEM-Chip aus dem MINT-Gerät. Um den HSQ zu entwickeln, rühren Sie den TEM-Chip in einer salzigen deionisierten Wasserlösung, die 1% Natriumhydroxid und 4%Gewichts Natriumchlorid vier Minuten bei 24 Grad Celsius enthält.

Dann rühren Sie den Chip in reinem entionisiertem Wasser für zwei Minuten, um den salzigen Entwickler abzuspülen. Tauchen Sie den TEM-Chip in ACS-Reagenz-Grade IPA und rühren Sie ihn vorsichtig für 30 Sekunden. Legen Sie den TEM-Chip schnell auf einen speziellen Zwei-Zoll-Siliziumwafer.

Stellen Sie sicher, dass der TEM-Chip während der Übertragung immer mit IPA nass ist. Schließen Sie nach etwa zwei bis drei Minuten die kritische Punkttrocknung oder CPD-Waferhalterbaugruppe, wie im Textprotokoll dargestellt. Lassen Sie das gesamte Gerät in ACS-Reagenz-Qualität IPA für weitere 15 Minuten vollständig in IPA eintauchen.

Übertragen Sie die komplette CPD-Waferhalter-Baugruppe schnell in einen zweiten Behälter mit frischem ACS-Reagenz-I-Mittel IPA und lassen Sie sie für weitere 15 Minuten vollständig in IPA eingetaucht. Übertragen Sie nun die CPD-Waferhalterbaugruppe in die CPD-Instrumentenprozesskammer. Der TEM-Chip sollte jederzeit vollständig in IPA eingetaucht sein.

Führen Sie den CPD-Prozess nach der Betriebsanleitung des Geräts aus. Nach Exposition und HSQ-Widerstand entwicklung, wurden drei bis vier Nanometer der ultradünnen Siliziumschicht in der unbelichteten Schicht des Fensters durch induktivgekoppelte Plasmaätzung entfernt. Beobachten Sie die Details der zentralen Region des HSQ Widerstehen.

Enthüllt, dass die vier Linien eine durchschnittlichgemessene Breite von sieben Nanometern aufweisen. Hier werden Elektromikroskopiebilder der kleinsten Musterlöcher und positivtönendes PMMA gezeigt. Das durchschnittliche kleinste isolierte Merkmal beträgt 2,5 plus oder minus 0,7 Nanometer.

Während das kleinste Pitch-Muster 17,5 Nanometer beträgt. Der gelbe Schuppenbalken beträgt vierzig Nanometer. Die Ergebnisse für den negativen Ton PMMA werden hier angezeigt.

Das durchschnittliche kleinste isolierte Merkmal beträgt 1,7 plus oder minus 0,5 Nanometer. Während das kleinste Pitch-Muster 10,7 Nanometer beträgt. Auch hier beträgt der gelbe Maßstabsbalken vierzig Nanometer.

Dieses Protokoll beschreibt ein Verfahren zur Musterung aberranter Strukturen mit einstelliger Nanometerauflösung im konventionellen Elektronenstrahlwiderstand PMMA und HSQ. Es ist wichtig, den Elektronenstrahl vor und nach der Exposition zu fokussieren, um die höchste Auflösungsmusterung zu erreichen und zu bestimmen, ob eine Defokussierung während der Musterung stattgefunden hat. Die Verwendung der kritischen Punkttrocknung nach der Entwicklung ist auch entscheidend, um Musterkollaps aufgrund der höchsten Variation der Musterstrukturen zu vermeiden.

Die Ergebnisse für positive und negative Ton PMMA sind die kleinsten Merkmale in der Literatur. Die Ergebnisse für HSQ sind nicht die kleinsten, aber dieses Protokoll ermöglicht die Erzielung reproduzierbarer Sub-10-Nanometer-Features in HSQ und zeigt einstellige Musterung von Siliziumstrukturen. Darüber hinaus zeigen diese Ergebnisse in Übereinstimmung mit zuvor veröffentlichten Studien, dass solche Muster mit hoher Genauigkeit auf ein Zielmaterial der Wahl übertragen werden können.