Lithographie de faisceau d’électrons à un seul chiffre nanomètre avec une correction de l’Aberration Transmission Microscope électronique à balayage

Ce protocole fournit des conseils pour définir les modèles avec une résolution nanométrique à un chiffre dans deux faisceaux électroniques communs résister à l’aide d’un microscope électronique de transmission à balayage ou STEM comme outil d’exposition. L’utilisation d’une STEM corrigée par aberration dans ce protocole permet le modelage de routine des caractéristiques lithographiques avec résolution nanométrique unique. Bien que des outils très spécialisés et coûteux, ces instruments sont parfois disponibles pour une utilisation sans frais.

Les techniques décrites dans ce protocole peuvent être utilisées pour transférer le modèle nanométrique dans une variété de matériaux. Ainsi, permettre la fabrication de nouveaux dispositifs à résolution nanométrique à un chiffre. Na Li, une étudiante travaillant au Center for Functional Nanomaterials, fera la démonstration.

Pour commencer placer deux bandes de ruban de carbone à double face environ équidistant du centre du porte-silicium et séparés légèrement moins que le diamètre de la puce TEM. Rincer les lanières avec de l’alcool isopropylique pour réduire leur résistance à l’adhésif et éviter de casser la puce TEM délicate lors de l’enlèvement du porte-silicium. Montez la puce TEM sur le support de silicium en vous assurant qu’elle n’est fixée aux bandes de ruban de carbone qu’à deux bords opposés.

Pour faire tourner le manteau de résistance HSQ, monter le porte-silicium sur le mandrin de spinner et aligner le centre de la fenêtre TEM approximativement avec le centre du rotor de spinner. À l’aide d’un tuyau, couvrir toute la fenêtre TEM d’une goutte de HSQ. Selon la résistance utilisée, suivez les paramètres de revêtement et de cuisson de spin indiqués dans le protocole texte.

Après le revêtement de spin, retirez soigneusement la puce TEM du porte-silicium. Inspecter l’uniformité de résistance au-dessus de la fenêtre TEM à l’aide d’un microscope optique. Si le film est homogène à travers la région centrale de la membrane comme indiqué ici, passez à l’étape suivante.

Sinon, répétez le processus de revêtement de résistance sur une fenêtre TEM fraîche. Montez la puce TEM enduite résister sur le porte-échantillon STEM. Assurez-vous que l’interface de résistance au vide fait face au faisceau entrant.

Puisque le faisceau est concentré de façon optimale en haut de l’échantillon. Assurez-vous également que les côtés de la fenêtre TEM sont alignés approximativement avec l’axe X et Y de l’étape STEM. Cela facilitera la navigation vers la fenêtre TEM.

Maintenant, chargez la puce TEM dans le microscope et pompez pendant la nuit pour réduire les contaminants dans la chambre de l’échantillon. Le lendemain, déplacez les coordonnées de scène de telle sorte que le faisceau est à plus de 100 microns du centre de la fenêtre TEM pour éviter une exposition accidentelle. Réglez le courant de faisceau de la sonde de tige à 34 picoamps et l’énergie du faisceau à 200 kilo électronvolts.

Dans ce microscope, un courant d’émission de cinq microampes équivaut à un courant de faisceau de sonde de 34 picoamps. En mode diffraction, réglez le grossissement à 30 000 fois avec le faisceau hors foyer. Ce qui facilite la recherche d’un bord de la fenêtre TEM.

Le mode diffraction se caractérise par un faisceau stationnaire, un mode z-contraste et un détecteur de champ direct angulaire à angle moyen. Nous utilisons le mode diffraction parce qu’il est plus rapide. Comme le faisceau n’a pas besoin d’être scanné pour former une image.

Naviguez vers la fenêtre TEM jusqu’à ce qu’un bord de la fenêtre soit observé sur l’image de diffraction. Naviguez ensuite le long des bords des fenêtres et enregistrez les coordonnées X et Y des quatre coins de la fenêtre TEM. Dans cet exercice, les coordonnées enregistrées de chaque fenêtre sont affichées dans cette diapositive.

Au dernier coin de fenêtre augmenter le grossissement à 50.000 fois et effectuer rugueux en se concentrant sur la membrane de fenêtre en déplaçant la coordonnée étape z jusqu’à ce que le croisement de l’orientation du modèle de diffraction est observé. Par la suite, effectuer la mise au point fine en ajustant le courant objectif lentille. Maintenant, augmentez la magification à 180 000 fois.

Ajustez les paramètres de mise au point, de stigmatisation et de correction d’aberration afin d’obtenir une image de diffraction corrigée par aberration de la membrane de la fenêtre. Cette méthode de mise au point est connue sous le nom de méthode Ronchigram. Fermez la vanne de la porte du faisceau pour éviter toute exposition accidentelle de la résistance lors du déplacement de la scène.

Vérifiez que le courant du faisceau est de 34 picoamps et que le grossissement est 180 000 fois. Utilisez les coordonnées d’angle de fenêtre préenregistrées pour déplacer la scène de sorte que le champ de vision central est à 5 microns du centre de la fenêtre. Dans cet exercice, cette position est représentée par le point A de la diapositive.

Ouvrez la vanne de la porte du faisceau et concentrez-vous à ce stade en utilisant la méthode Ronchigram. Ensuite, fermez la vanne de la porte du faisceau. Déplacez la scène pour placer le champ de vision au centre de la fenêtre TEM.

Changez le grossissement à 18 000 fois. Maintenant, transférez la commande de faisceau au système de générateur de modèle en cliquant sur la commande de NPGS de l’interface utilisateur de générateur de modèle et positionnez le faisceau n’importe où loin de la zone de modèle. Ici, le coin supérieur droit est utilisé, ce qui est réalisé avec le DAC plus 10 plus 10 commande.

En cliquant sur la commande Process Run File définit le système prêt pour l’exposition qui a lieu lorsque la barre d’espace de l’ordinateur générateur de motifs est déprimé, mais ne pas appuyer encore. Il est essentiel d’effectuer les actions suivantes en succession rapide pour éviter de surexposer la résistance aux positions initiales et finales du faisceau. Ouvrez la vanne de porte puis vérifiez en observant l’image du modèle de diffraction du faisceau.

Si le faisceau est au point à la position initiale du faisceau. Exposez le motif. Lorsque l’exposition est terminée.

Vérifiez si l’image du modèle de diffraction reste au point à la position finale du faisceau. Enfin, fermez la vanne de la porte et retirez la puce TEM de la STEM. Pour développer le HSQ, remuer la puce TEM dans une solution d’eau déionisée salée contenant de l’hydroxyde de sodium de 1 % et du chlorure de sodium de 4 % pendant quatre minutes à 24 degrés Celsius.

Puis remuer la puce dans de l’eau déionisée pure pendant deux minutes pour rincer le développeur salé. Tremper la puce TEM dans l’IPA de qualité réaccérateur ACS et remuer doucement pendant 30 secondes. Placez rapidement la puce TEM sur une gaufrette spéciale en silicium de deux pouces.

Assurez-vous que la puce TEM est toujours mouillée avec l’API pendant le transfert. Après environ deux à trois minutes, fermez le point critique de séchage ou l’assemblage du porte-gaufrettes CPD tel qu’il est schématisé dans le protocole de texte. Laissez toute l’unité tremper dans acs reagent grade IPA pendant 15 minutes supplémentaires totalement immergé dans l’IPA.

Transférez rapidement l’assemblage complet du porte-gaufrettes CPD dans un deuxième récipient avec de l’API fraîche de qualité réaccétique ACS et laissez-le pendant 15 minutes supplémentaires totalement immergé dans l’API. Transférez maintenant l’assemblage du porte-gaufrettes CPD à la chambre de processus des instruments cpd. En tout temps, la puce TEM doit être totalement immergée dans l’IPA.

Exécutez le processus CPD en suivant les instructions de fonctionnement de l’instrument. Après exposition et HSQ résister au développement, trois à quatre nanomètres de la couche de silicium ultra-mince dans la couche non exposée de la fenêtre ont été enlevés par gravure couplée inductive de plasma. Observer les détails de la région centrale du HSQ résister.

Révèle les quatre lignes ont une largeur mesurée moyenne de sept nanomètres. La numérisation d’images de microscopie électro des plus petits trous de motif et du ton positif PMMA sont montrés ici. La plus petite caractéristique isolée moyenne est de 2,5 plus ou moins 0,7 nanomètre.

Alors que le plus petit motif de hauteur est de 17,5 nanomètres. La barre d’échelle jaune est de quarante nanomètres. Les résultats pour le ton négatif PMMA sont affichés ici.

La plus petite caractéristique isolée moyenne est de 1,7 plus ou moins 0,5 nanomètre. Alors que le plus petit motif de hauteur est de 10,7 nanomètres. Encore une fois, la barre d’échelle jaune est de quarante nanomètres.

Ce protocole décrit un processus de modelage des structures aberrantes avec résolution nanométrique à un chiffre dans le faisceau électronique électronique conventionnel résister PMMA et HSQ. Il est essentiel de concentrer le faisceau d’électrons avant et après l’exposition pour atteindre le modèle de résolution la plus élevée et pour déterminer si un déconcentrage s’est produit pendant le modelage. L’utilisation du séchage critique de point après développement est également critique pour éviter l’effondrement de modèle dû à la variation la plus élevée des structures de modèle.

Les résultats pour le PMMA de tonalité positive et négative sont les plus petits dispositifs dans la littérature. Les résultats pour HSQ ne sont pas les plus petits, mais ce protocole permet d’obtenir reproductible sous 10 caractéristiques nanométriques dans HSQ et démontre le modelage à un chiffre des structures de silicium. En outre, en accord avec des études publiées précédemment, ces résultats démontrent que ces modèles peuvent être transférés avec une grande fidélité à un matériau cible de choix.