Cifra nanometri Litografia di fascio di elettroni con un microscopio elettronico di aberrazione-corretta scansione trasmissione

Questo protocollo fornisce indicazioni per definire modelli con risoluzione nanometrica a una cifra in due comuni resistenze al fascio di elettroni utilizzando un microscopio elettronico a trasmissione a scansione o STEM come strumento di esposizione. L'uso di uno STEM corretto per l'aberrazione in questo protocollo consente la creazione di routine di funzionalità litografiche con risoluzione di un singolo nanometro. Sebbene strumenti molto specializzati e costosi, questi strumenti sono talvolta disponibili per l'uso senza costi.

Le tecniche descritte in questo protocollo possono essere utilizzate per trasferire modelli su scala nanometrica in una varietà di materiali. Pertanto, consentire la fabbricazione di nuovi dispositivi con risoluzione nanometrica a una cifra. A dimostrare sarà Na Li, studentessa che lavora al The Center for Functional Nanomaterials.

Per iniziare posizionare due strisce di nastro di carbonio a doppia aspetto approssimativamente equidistanti dal centro del supporto di silicio e separate leggermente meno del diametro del chip TEM. Risciacquare le strisce con alcool isopropile per ridurre la loro resistenza adesiva ed evitare di rompere il delicato chip TEM durante la rimozione dal supporto in silicio. Montare il chip TEM sul supporto in silicio assicurandosi che sia attaccato alle strisce di nastro di carbonio solo su due bordi opposti.

Per ruotare il mandrino, resisti al quartier generale, monta il supporto in silicio sul mandrino dello spinner e allinea il centro della finestra TEM approssimativamente con il centro del rotore dello spinner. Utilizzando un pipet, coprire l'intera finestra TEM con una goccia di HSQ. A seconda della resistenza utilizzata seguire i parametri di rivestimento e cottura di rotazione mostrati nel protocollo di testo.

Dopo il rivestimento di spin, rimuovere con cura il chip TEM dal supporto in silicio. Ispezionare l'uniformità di resistenza sulla finestra TEM utilizzando un microscopio ottico. Se il film è omogeneo attraverso la regione centrale della membrana come mostrato qui, procedere al passaggio successivo.

In caso contrario, ripetere il processo di resistenza del rivestimento su una finestra TEM fresca. Montare il chip TEM rivestito con resistenza sul portacampioni STEM. Assicurarsi che l'interfaccia resiste al vuoto sia di fronte al fascio in ingresso.

Poiché il fascio è focalizzato in modo ottimale nella parte superiore del campione. Inoltre, assicurarsi che i lati della finestra TEM siano allineati approssimativamente con l'asse X e Y dello stadio STEM. Ciò faciliterà la navigazione verso la finestra TEM.

Ora, caricare il chip TEM al microscopio e pompare durante la notte per ridurre i contaminamenti nella camera campione. Il giorno successivo, spostare le coordinate dello stadio in modo che il fascio sia a più di 100 micron di distanza dal centro della finestra TEM per evitare un'esposizione accidentale. Impostare la corrente del fascio della sonda dello stelo su 34 picoambi e l'energia del fascio su 200 kilo di elettronvolt.

In questo microscopio una corrente di emissione di cinque microambi è equivalente a una corrente di fascio di sonda di 34 picoambi. Nell'imaging in modalità diffrazione, impostare l'ingrandimento su 30.000 volte con il fascio fuori fuoco. Il che rende più facile trovare un bordo della finestra TEM.

La modalità di diffrazione è caratterizzata da un fascio stazionario, modalità z-contrasto e rilevatore di campo diretto angolare ad angolo medio. Usiamo la modalità di diffrazione perché è più veloce. Poiché il fascio non ha bisogno di essere scansionato per formare alcuna immagine.

Spostarsi verso la finestra TEM fino a quando non viene osservato un bordo della finestra sull'immagine di diffrazione. Quindi navigare lungo i bordi della finestra e registrare le coordinate X e Y dei quattro angoli della finestra TEM. In questo esercizio le coordinate registrate di ogni finestra vengono visualizzate in questa diapositiva.

All'ultimo angolo della finestra aumentare l'ingrandimento a 50.000 volte ed eseguire messa a fuoco ruvida sulla membrana della finestra spostando la coordinata z dello stadio fino a quando non si osserva il crossover dell'orientamento del modello di diffrazione. Successivamente, eseguire una messa a fuoco fine regolando la corrente obiettivo dell'obiettivo. Ora, aumenta la magificazione a 180.000 volte.

Regolare le impostazioni di messa a fuoco, stigmatizzazione e correzione dell'aberrazione per ottenere un'immagine di diffrazione corretta per l'aberrazione della membrana della finestra. Questo metodo di messa a fuoco è noto come metodo Ronchigram. Chiudere la valvola a saracine anteriore per evitare qualsiasi esposizione accidentale della resistenza durante lo spostamento dello stadio.

Verificare che la corrente del fascio sia di 34 picoamp e che l'ingrandimento sia 180.000 volte. Utilizzare le coordinate dell'angolo della finestra preregistrate per spostare lo stage in modo che il campo del centro di visualizzazione si allontani di 5 micron dal centro della finestra. In questo esercizio questa posizione è rappresentata dal punto A della diapositiva.

Aprire la valvola del cancello del fascio e mettere a fuoco a questo punto utilizzando il metodo Ronchigram. Quindi, chiudere la valvola del cancello del fascio. Spostare la fase per posizionare il campo visivo al centro della finestra TEM.

Cambia l'ingrandimento a 18.000 volte. Ora, trasferisci il controllo del fascio al sistema del generatore di pattern facendo clic sul comando NPGS dell'interfaccia utente del generatore di pattern e posiziona il fascio ovunque lontano dall'area del modello. Qui viene utilizzato l'angolo in alto a destra, che si ottiene con il comando DAC più 10 + 10.

Facendo clic sul comando Process Run File il sistema è pronto per l'esposizione che si verifica quando la barra spazianziale del computer generatore di modelli è premuta ma non premerlo ancora. È fondamentale eseguire le seguenti azioni in rapida successione per evitare di sovraespostare la resistenza nelle posizioni iniziali e finali del fascio. Aprire la valvola a saracineschia, quindi verificare osservando l'immagine del modello di diffrazione del fascio.

Se la trave è a fuoco nella posizione iniziale del fascio. Esporre il modello. Al termine dell'esposizione.

Verificare se l'immagine del motivo di diffrazione rimane a fuoco nella posizione finale del fascio. Infine, chiudere la valvola a saracine mento e rimuovere il chip TEM dallo STEM. Per sviluppare l'HSQ, mescolare il chip TEM in una soluzione di acqua deionizzata salata contenente idrossido di sodio di peso dell'1% e cloruro di sodio del peso del 4% per quattro minuti a 24 gradi Celsius.

Quindi mescolare il chip in pura acqua deionizzata per due minuti per risciacquare lo sviluppatore salato. Immergere il chip TEM in IPA di grado reagente ACS e mescolarlo delicatamente per 30 secondi. Posizionare rapidamente il chip TEM su uno speciale wafer di silicio da due pollici.

Assicurarsi che il chip TEM sia sempre bagnato con IPA durante il trasferimento. Dopo circa due o tre minuti, chiudere l'assembly del supporto del wafer cpd o di asciugatura del punto critico come diagrammi nel protocollo di testo. Lasciare l'intera unità ammollo in ACS reagente grado IPA per altri 15 minuti totalmente immersi in IPA.

Trasferire rapidamente l'assemblaggio completo del porta wafer CPD in un secondo contenitore con IPA fresco di grado reagente ACS e lasciarlo per altri 15 minuti totalmente immerso in IPA. Ora trasferisci il gruppo porta wafer CPD alla camera di processo dello strumento CPD. In ogni momento il chip TEM deve essere completamente immerso nell'IPA.

Eseguire il processo CPD seguendo le istruzioni per l'uso dello strumento. Dopo l'esposizione e lo sviluppo della resistenza HSQ, da tre a quattro nanometri dello strato di silicio ultrasottile nello strato non esposto della finestra sono stati rimossi dall'induttiva incisione al plasma accoppiata. Osservando i dettagli della regione centrale del quartier generale resistere.

Rivela che le quattro linee hanno una larghezza media misurata di sette nanometri. Qui vengono mostrate le immagini di elettro microscopia a scansione dei fori di pattern più piccoli e del PMMA a tono positivo. La caratteristica media isolata più piccola è 2,5 più o meno 0,7 nanometri.

Mentre il più piccolo modello di passo è di 17,5 nanometri. La barra in scala gialla è di quaranta nanometri. I risultati per il PMMA a tono negativo sono mostrati qui.

La caratteristica media isolata più piccola è 1,7 più o meno 0,5 nanometri. Mentre il più piccolo modello di passo è di 10,7 nanometri. Ancora una volta, la barra in scala gialla è di quaranta nanometri.

Questo protocollo descrive un processo per modellare strutture aberranti con risoluzione nanometrica a una cifra nel fascio di elettroni convenzionale resistere a PMMA e HSQ. È fondamentale mettere a fuoco il fascio di elettroni prima e dopo l'esposizione per ottenere la più alta risoluzione e determinare se si è verificata una defocalizzazione durante la creazione di modelli. L'uso dell'essiccazione critica dei punti dopo lo sviluppo è anche fondamentale per evitare il collasso del modello a causa della più alta variazione delle strutture del modello.

I risultati per il PMMA a tono positivo e negativo sono le più piccole caratteristiche della letteratura. I risultati per HSQ non sono i più piccoli, ma questo protocollo consente di ottenere funzionalità riproducibili sotto i 10 nanometri nel quartier generale e dimostra la creazione di modelli a una cifra di strutture in silicio. Inoltre, in accordo con studi pubblicati in precedenza, questi risultati dimostrano che tali modelli possono essere trasferiti con alta fedeltà a un materiale di scelta target.