収差補正走査透過電子顕微鏡と 1 桁台のナノメートルの電子ビーム露光

このプロトコルは、走査型電子顕微鏡またはSTEMを露光ツールとして使用する2つの一般的な電子ビームレジストで、1桁のナノメートル解像度を持つパターンを定義するためのガイダンスを提供します。このプロトコルで収差補正されたSTEMを使用することで、単一ナノメートル分解能を持つリソグラフィ機能のルーチンパターン化が可能になります。非常に専門的で高価なツールですが、これらの機器は、時にはコストなしで使用することができます。

このプロトコルに記載されている技術は、ナノスケールのパターンを様々な材料に移すために使用することができる。これにより、1桁のナノメートル解像度での新規デバイスの製造が可能になります。デモンストレーションは、機能性ナノ材料センターで働く学生のNa Liです。

シリコンホルダーの中心からほぼ等距離に両面カーボンテープを2本配置し始め、TEMチップの直径よりわずかに小さく分離した。粘着力を低下させ、シリコンホルダーからの取り外し中に繊細なTEMチップを壊さないように、イソプロピルアルコールでストリップをすすいでください。TEMチップをシリコンホルダーに取り付け、カーボンテープストリップに2つの反対側の端にのみ取り付けられていることを確認します。

HSQレジストをスピンコートするには、シリコンホルダーをスピナーチャックに取り付け、TEMウィンドウの中心をスピナーローターの中心に合わせます。パイプを使用して、TEM ウィンドウ全体を HSQ の 1 つのドロップで覆います。使用抵抗に応じて、テキストプロトコルに示すスピンコーティングとベーキングパラメータに従ってください。

スピンコーティングに続いて、シリコンホルダーからTEMチップを慎重に取り外します。光学顕微鏡を用いて、TEM窓上のレジストの均一性を検査します。フィルムが、ここで示すように膜の中央領域全体で均質である場合は、次のステップに進みます。

それ以外の場合は、新しい TEM ウィンドウでレジストコーティングプロセスを繰り返します。STEMサンプルホルダーにレジスト被覆TEMチップを取り付けます。レジスト真空インタフェースが着信ビームに面していることを確認します。

ビームは最適にサンプルの上部に集中しているので。また、TEM ウィンドウの側面が、STEM ステージの X 軸と Y 軸とほぼ同じになるようにしてください。これにより、TEM ウィンドウへの移動が容易になります。

次に、TEMチップを顕微鏡に積み込み、一晩ポンプでサンプルチャンバーの汚染を減らします。翌日、誤って露出しないように、TEM ウィンドウの中心から 100 ミクロン以上離れた位置になるようにステージ座標を移動します。ステムプローブビーム電流を34ピコイン、ビームエネルギーを200キロの電子ボルトに設定します。

この顕微鏡では、5マイクロアンペアの放出電流は、34ピコアンプのプローブビーム電流に相当します。回折モードのイメージングでは、ビームが焦点を合わせなさった場合、倍率を 30,000 倍に設定します。これにより、TEM ウィンドウの端を見つけやすくなります。

回折モードは、静止ビーム、Zコントラストモードおよび中角角直射場検出器によって特徴付けられる。より速いので回折モードを使用します。ビームは、任意の画像を形成するためにスキャンする必要はありませんので。

回折画像で窓の端が観察されるまで、TEM ウィンドウに向かって移動します。次に、ウィンドウのエッジに沿って移動し、TEM ウィンドウの四隅の X 座標と Y 座標を記録します。この練習では、各ウィンドウの記録された座標をこのスライドに示します。

最後の窓角では倍率を50,000倍に増やし、回折パターンの配向が観察されるまでステージz座標を移動して窓膜に大きく焦点を合わせる。続いて、対物レンズ電流を調整して微細な焦点合わせを行う。さて、180,000倍にマグ化を増やします。

窓膜の収差補正回折画像を得るために焦点、汚名、収差補正設定を調整します。この焦点合わせ方法はロンチグラム法と呼ばれます。ビームゲートバルブを閉じて、ステージを移動する際にレジストが偶発的に露出するのを防ぐ。

ビーム電流が34ピコインで、倍率が180,000倍であることを確認します。事前に記録されたウィンドウのコーナー座標を使用して、ビューの中心のフィールドがウィンドウの中心から 5 ミクロン離れた位置になるようにステージを移動します。この実習では、この位置はスライドの点 A で表されます。

梁ゲートバルブを開き、ロンキグラム法を使用してこの時点でフォーカスを合わせます。次に、ビームゲートバルブを閉じます。ステージを移動して、ビューのフィールドを TEM ウィンドウの中央に配置します。

倍率を 18,000 倍に変更します。ここで、パターンジェネレータのユーザーインタフェースのNPGSコマンドをクリックしてビームコントロールをパターンジェネレータシステムに移し、パターン領域から離れた場所にビームを配置します。ここでは、右上が使用され、DAC +10 +10コマンドで達成されます。

[ファイルの処理]コマンドをクリックすると、パターンジェネレータコンピュータのスペースバーが押されているが、まだ押していないときに起こる露出の準備が整いました。初期および最終のビーム位置でレジストを過度に露出しないように、次のアクションを立て続けに実行することが重要です。ゲートバルブを開き、ビーム回折パターン画像を観察して確認します。

梁が初期位置に焦点を合わせるかどうか。パターンを公開します。露出が完了したとき。

最終ビーム位置で回折パターン画像がフォーカスを維持しているかどうかを確認します。最後に、ゲートバルブを閉じて、STEMからTEMチップを取り外します。HSQを開発するには、1%重量の水酸化ナトリウムと4%重量の塩化ナトリウムを含む塩辛い脱イオン水溶液でTEMチップを摂氏24度で4分間攪拌します。

その後、純粋な脱イオン水でチップをかき混ぜて塩辛い開発者をすすいでください。TEMチップをACS試薬グレードのIPAに浸し、30秒間静かにかき混ぜます。TEMチップを2インチのシリコンウエハーに素早く配置します。

転送中に TEM チップが IPA で常に濡れているか確認してください。約2〜3分後、テキストプロトコルで図のように臨界点乾燥またはCPDウェハホルダアセンブリを閉じます。ACS試薬グレードのIPAにユニット全体を浸したままにして、IPAに完全に浸漬して15分を追加します。

完全なCPDウェハホルダーアセンブリを新しいACS試薬グレードのIPAを備えた第2の容器に素早く移し、IPAに完全に浸漬して15分間放置します。CPDウエハホルダーアセンブリをCPD機器プロセスチャンバーに転送します。TEM チップは常に IPA に完全に浸漬する必要があります。

計測器の操作手順に従ってCPDプロセスを実行します。露光およびHSQレジスト現像後、窓の未露光層における超薄シリコン層の3〜4ナノメートルを誘導結合プラズマエッチングによって除去した。HSQレジストの中央領域の詳細を観察する。

4本の線の平均測定幅が7ナノメートルを有する。最小パターンホールと正のトーンPMMAの走査型の電気顕微鏡画像をここに示す。平均最小の単離された特徴は2.5プラスまたはマイナス0.7ナノメートルである。

最小ピッチパターンは17.5ナノメートルです。黄色のスケールバーは40ナノメートルです。負のトーン PMMA の結果をここに示します。

平均最小の単離された特徴は1.7プラスまたはマイナス0.5ナノメートルである。最小ピッチパターンは10.7ナノメートルです。繰り返しますが、黄色のスケールバーは40ナノメートルです。

このプロトコルは、従来の電子ビームレジストPMMAおよびHSQにおける1桁のナノメートル分解能を有する異常構造をパターン化するプロセスを記述する。露光前後に電子線を焦点を合わせて、最高の分解能パターンを実現し、パターニング中に焦点がずれたかどうかを判断することが重要です。現像後の臨界点乾燥の使用は、パターン構造のばらつきが最も高いためにパターン崩壊を避けるためにも重要です。

陽性および陰性のトーンPMMAの結果は、文献の中で最も小さい特徴である。HSQの結果は最小ではありませんが、このプロトコルはHSQで再現可能なサブ10ナノメートルの特徴を得ることができ、シリコン構造の1桁のパターニングを実証します。さらに、以前に発表された研究と一致して、これらの結果は、そのようなパターンが選択したターゲット材料に高忠実度で転送できることを示しています。