Solo dígito nanómetros litografía de haz de electrones con una aberración-corregido exploración microscopio electrónico de transmisión

Este protocolo proporciona orientación para definir patrones con resolución de nanómetro de un solo dígito en dos resistencias comunes de haz de electrones utilizando un microscopio electrónico de transmisión de barrido o STEM como herramienta de exposición. El uso de un STEM corregido por aberración en este protocolo permite el patrón rutinario de características litográficas con una resolución de nanómetro único. Aunque herramientas muy especializadas y costosas, estos instrumentos a veces están disponibles para su uso sin costo.

Las técnicas que se describen en este protocolo se pueden utilizar para transferir el patrón de nanoescala a una variedad de materiales. Por lo tanto, permite la fabricación de dispositivos novedosos con una resolución de nanómetro de un solo dígito. Demostrando será Na Li, un estudiante que trabaja en el Centro de Nanomateriales Funcionales.

Para comenzar coloque dos tiras de cinta de carbono de doble cara aproximadamente equidistante del centro del soporte de silicio y separado ligeramente menos que el diámetro de la viruta TEM. Enjuague las tiras con alcohol isopropílico para reducir su resistencia adhesiva y evitar romper el delicado chip TEM durante la extracción del soporte de silicio. Monte el chip TEM en el soporte de silicio asegurándose de que esté unido a las tiras de cinta de carbono solo en dos bordes opuestos.

Para rema girar la resistencia HSQ, monte el soporte de silicio en el mandril de hilandero y alinee el centro de la ventana TEM aproximadamente con el centro del rotor de hilandero. Usando una tubería, cubra toda la ventana teM con una gota de HSQ. Dependiendo de la resistencia utilizada siga los parámetros de recubrimiento de centrifugado y horneado que se muestran en el protocolo de texto.

Después del recubrimiento de espín, retire cuidadosamente el chip TEM del soporte de silicio. Inspeccione la uniformidad de la resistencia sobre la ventana TEM con un microscopio óptico. Si la película es homogénea a través de la región central de la membrana como se muestra aquí, proceda al siguiente paso.

De lo contrario, repita el proceso de recubrimiento de resistencia en una ventana TEM fresca. Monte el chip TEM recubierto con resistencia en el soporte de muestra STEM. Asegúrese de que la interfaz de vacío resist se dirija a la viga entrante.

Dado que la viga está óptimamente enfocada en la parte superior de la muestra. También, asegúrese de que los lados de la ventana TEM estén alineados aproximadamente con los ejes X e Y de la etapa STEM. Esto facilitará la navegación a la ventana TEM.

Ahora, cargue el chip TEM en el microscopio y bombee durante la noche para reducir los contaminantes en la cámara de muestra. Al día siguiente, mueva las coordenadas del escenario de modo que la viga esté a más de 100 micras del centro de la ventana TEM para evitar la exposición accidental. Establezca la corriente del haz de la sonda de vástago en 34 picoamps y la energía del haz en 200 kilos de electronvolos.

En este microscopio una corriente de emisión de cinco microamperios equivale a una corriente de haz de sonda de 34 picoamps. En la imagen del modo de difracción, ajuste el aumento a 30.000 veces con el haz fuera de foco. Lo que hace que sea más fácil encontrar un borde de la ventana TEM.

El modo de difracción se caracteriza por un haz estacionario, un modo de contraste z y un detector de campo directo angular de ángulo medio. Usamos el modo de difracción porque es más rápido. Dado que la viga no necesita ser escaneada para formar ninguna imagen.

Navegue hacia la ventana TEM hasta que se observe un borde de la ventana en la imagen de difracción. A continuación, navegue a lo largo de los bordes de la ventana y registre las coordenadas X e Y de las cuatro esquinas de la ventana TEM. En este ejercicio se muestran las coordenadas registradas de cada ventana en esta diapositiva.

En la última esquina de la ventana, aumente el aumento a 50.000 veces y realice un enfoque brusco en la membrana de la ventana moviendo la coordenada z de la etapa hasta que se observe el cruce de la orientación del patrón de difracción. Posteriormente, realice un enfoque fino ajustando la corriente del objetivo. Ahora, aumenta el aumento a 180.000 veces.

Ajuste los ajustes de enfoque, estigma y corrección de aberración para obtener una imagen de difracción corregida por aberración de la membrana de la ventana. Este método de enfoque se conoce como el método Ronchigram. Cierre la válvula de la compuerta del haz para evitar cualquier exposición accidental de la resistencia al mover la etapa.

Verifique que la corriente de la viga sea 34 picoamps y el aumento sea 180.000 veces. Utilice las coordenadas de esquina de la ventana pregrabadas para mover el escenario de modo que el campo de visión central esté a 5 micras del centro de la ventana. En este ejercicio, esta posición se representa mediante el punto A de la diapositiva.

Abra la válvula de la puerta de haz y enfoque en este punto usando el método Ronchigram. A continuación, cierre la válvula de la puerta de la viga. Mueva el escenario para colocar el campo de visión en el centro de la ventana TEM.

Cambie el aumento a 18.000 veces. Ahora, transfiera el control de haz al sistema generador de patrones haciendo clic en el comando NPGS de la interfaz de usuario del generador de patrones y coloque la viga en cualquier lugar lejos del área de patrón. Aquí, se utiliza la esquina superior derecha, que se logra con el comando DAC más 10 más 10.

Al hacer clic en el comando Procesar archivo de ejecución, se prepara el sistema para la exposición que tiene lugar cuando la barra espaciadora del equipo generador de patrones está presionada, pero no la presiona todavía. Es fundamental realizar las siguientes acciones en rápida sucesión para evitar sobreexponer la resistencia en las posiciones inicial y final del haz. Abra la válvula de compuerta y, a continuación, verifique observando la imagen del patrón de difracción de haz.

Si la viga está enfocada en la posición inicial de la viga. Exponga el patrón. Cuando se complete la exposición.

Compruebe si la imagen del patrón de difracción permanece enfocada en la posición final de la viga. Finalmente, cierre la válvula de compuerta y retire el chip TEM del STEM. Para desarrollar el HSQ, revuelva el chip TEM en una solución de agua salada desionizada que contenga hidróxido de sodio de 1% de peso y cloruro de sodio de 4% de peso durante cuatro minutos a 24 grados Celsius.

A continuación, revuelva el chip en agua pura desionizada durante dos minutos para enjuagar al desarrollador salado. Sumerja el chip TEM en el grado IPA del reactivo ACS y revuelva suavemente durante 30 segundos. Coloque rápidamente el chip TEM en una oblea especial de silicio de dos pulgadas.

Asegúrese de que el chip TEM esté siempre mojado con IPA durante la transferencia. Después de aproximadamente dos a tres minutos, cierre el secado de punto crítico o el ensamblaje del soporte de oblea CPD como diagramado en el protocolo de texto. Deje toda la unidad empapada en IPA de grado de reactivo ACS durante 15 minutos adicionales totalmente inmersos en IPA.

Transfiera rápidamente el conjunto completo del soporte de oblea CPD a un segundo recipiente con IPA de reactivo ACS fresco y déjelo durante 15 minutos adicionales totalmente inmerso en IPA. Ahora transfiera el conjunto del soporte de oblea CPD a la cámara de proceso del instrumento CPD. En todo momento, el chip TEM debe estar totalmente inmerso en IPA.

Ejecute el proceso cpD siguiendo las instrucciones de funcionamiento del instrumento. Después de la exposición y HSQ resistir el desarrollo, de tres a cuatro nanómetros de la capa de silicio ultradelgada en la capa no expuesta de la ventana fueron eliminados por grabado de plasma acoplado inductivo. Observando el detalle de la región central del HSQ resiste.

Revela que las cuatro líneas tienen un ancho medido promedio de siete nanómetros. Aquí se muestran imágenes de electro microscopía de escaneo de los agujeros de patrón más pequeños y el tono positivo PMMA. La característica media más pequeña aislada es 2,5 más o menos 0,7 nanómetros.

Mientras que el patrón de paso más pequeño es de 17,5 nanómetros. La barra de escala amarilla es de cuarenta nanómetros. Los resultados para el tono negativo PMMA se muestran aquí.

La característica media más pequeña aislada es 1,7 más o menos 0,5 nanómetros. Mientras que el patrón de paso más pequeño es de 10,7 nanómetros. Una vez más, la barra de escala amarilla es de cuarenta nanómetros.

Este protocolo describe un proceso para modelar estructuras aberrantes con resolución de nanómetro de un solo dígito en el haz de electrones convencional resiste PMMA y HSQ. Es fundamental enfocar el haz de electrones antes y después de la exposición para lograr el patrón de resolución más alto y determinar si se produjo algún desenfoque durante el patrón. El uso de secado de punto crítico después del desarrollo también es crítico para evitar el colapso del patrón debido a la mayor variación de las estructuras del patrón.

Los resultados de pmMA de tono positivo y negativo son las características más pequeñas de la literatura. Los resultados para HSQ no son los más pequeños, pero este protocolo permite obtener características reproducibles sub 10 nanómetros en HSQ y demuestra el patrón de un solo dígito de las estructuras de silicio. Además, de acuerdo con estudios publicados anteriormente, estos resultados demuestran que estos patrones se pueden transferir con alta fidelidad a un material de destino de elección.