Summary
Vi bruger en aberration-korrigeret scanning transmissions elektronmikroskop til at definere encifrede nanometer mønstre i to udbredte elektronstråle modstår: poly (methylmethacrylat) og brint silsesquioxane. Modstå mønstre kan replikeres i målet materiale valg med encifrede nanometer troskab med liftoff, plasma ætsning, og modstå infiltration af organometallics.
Abstract
Vi demonstrere udvidelse af electron-beam litografi ved hjælp af konventionelle modstår og mønster overførsel processer til etcifrede nanometer dimensioner ved at ansætte en aberration-korrigeret scanning transmissions elektronmikroskop som værktøjet eksponering. Her præsenterer vi resultaterne af etcifrede nanometer mønstre af to udbredte elektronstråle modstår: poly (methylmethacrylat) og brint silsesquioxane. Metoden opnår sub-5 nanometer funktioner i poly (methylmethacrylat) og sub-10 nanometer opløsning i brint silsesquioxane. High-fidelity overførsel af disse mønstre i målet materiale valg kan udføres ved hjælp af metal lift-off, plasma etch, og modstå infiltration med organometallics.
Introduction
Protokollen præsenteret i dette håndskrift giver vejledning for at definere mønstre med encifrede nanometer opløsning i poly (methylmethacrylat) (PMMA) og brint silsesquioxane (HSQ), der er to fælles electron-beam modstår anvendes i høj opløsning mønstre af electron-beam litografi. Vi opnår disse resultater ved hjælp af en aberration-korrigeret scanning transmissions-elektronmikroskop (STEM) som værktøjet eksponering, udstyret med et mønster generator til at kontrollere elektronstrålen. Efter modstå eksponering, kan nanoskala mønstre overføres til en lang række mål materialer1, således at fabrikation af nye enheder på encifrede nanometer opløsning.
Tidligere undersøgelser har vist at electron-beam litografi (kvægleukose) er i stand til at definere mønstre i resist materialer med dimensioner i sub-10 nm skala2,3,4,5,6. Men for dimensioner omkring 4 nm, disse demonstrationer har kræves ikke-standardiserede procedurer såsom brug af bistå strukturer7 eller lang eksponering gange for selv at udvikle modstår8. Andre nanopatterning teknikker, såsom elektronstråle induceret deposition9 eller scanning probe litografi10,11, har vist sig i stand til at opnå sub-4 nm beslutning, selv om disse kræver betydeligt længere eksponering gange sammenlignet med kvægleukose.
Moderne dedikeret kvægleukose systemer producerer elektron bjælker med spot størrelser i de få nanometer længde skala (2-10 nm), hvilket gør definerende mønstre med sub-10 nm beslutning meget vanskeligt. I modsætning hertil gennemfører vores protokol kvægleukose ved hjælp af en aberration-korrigeret STÆNGEL, som er en stærkt optimeret instrument for materielle karakterisering på Ångstrøm længdeskalaer. Denne forskel giver mulighed for rutinemæssig mønstre af record-breaking Litografisk funktioner med enkelt nanometer opløsning1. Mens state-of-the-art, kommerciel aberration-korrigeret STILK systemer koster i rækken af millioner af dollars, de er tilgængelige til brug i flere nationale brugeren faciliteter og nogle er tilgængelig uden omkostninger.
Protocol
1. Prøvetilberedning for modstå belægning
Bemærk: I dette arbejde, mønstre med encifrede nanometer opløsning er defineret i PMMA (positive og negative tone) og HSQ modstår, der er spin-cast på kommercielt tilgængelige TEM windows (ca 50 µm x 50 µm) med syndenx eller SiO2 membraner med tykkelser spænder fra 5 nm til 50 nm. Et eller flere TEM vinduer er fremstillet i en 3-mm diameter silicium håndtering ramme (100 µm tykt). I hele dette manuskript henviser vi til hele enheden som TEM chip og electron-beam gennemsigtige membran som vinduet TEM.
- Fjern eventuelle organiske rester fra TEM chip ved at udføre O2 plasma rengøring for 30 s på 100 W (kammeret pres af 230 mT på ca 5 sccm O2 flow).
- Kløve et stykke silicium wafer, ca 2 cm x 2 cm i størrelse, til brug som en indehaver TEM-chip under modstå spinning.
- Sted to striber af dobbeltsidet carbon bånd cirka samme afstand fra midten af indehaveren af silicium og adskilte lidt mindre end diameteren af TEM-chip (Se figur 1). Skyl striber med isopropylalkohol (IPA) til at reducere deres klæbestyrke. Dette er nødvendigt for at undgå at bryde den sarte TEM chip under fjernelse fra indehaveren af Si.
- Montere TEM chip på silicium indehaveren og sørg for, at det er tilknyttet carbon bånd striber kun på to modstående kanter, som vist i figur 1.
Figur 1 : TEM chip holder til modstå spinning. Bemærk at TEM chip er knyttet til silicium indehaveren kun på to kanter at mindske arealet kontakt, og dermed, vedhæftning tvinge. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
2. spin frakke parametre for PMMA (Positive og Negative Tone) og HSQ modstår
Bemærk: Modstå tykkelse måles ikke direkte på chippen TEM, da det er små og normalt at modstå er støbt på andre tynde lag (f.eks., Si film på SiO2 membran), hvilket komplicerer måling. I stedet, modstå tykkelse bestemmes af spin hastighed kalibreres ved hjælp reflectometry målinger fra film støbt på en bulk Si prøve. Reflectometry resultater blev bekræftet, normalt med en nøjagtighed bedre end 20%, af STILKEN top-down billeder af skjulte strukturer.
- Mount indehaveren af silicium på spinner chuck og Juster midten af vinduet TEM ca med midten af spinner rotoren.
- Ved hjælp af en pipette, dække hele TEM vinduet med en dråbe (ca. 0,05 mL) af PMMA (A2 950K PMMA fortyndet i anisole til 0,5-1,0%) eller HSQ (1% tørstof XR-1541).
- Afhængigt af modstå anvendes, Følg spin coating og bagning parametre vist i tabel 1.
- Fjern forsigtigt TEM chip fra indehaveren af silicium. Inspicere modstå ensartethed over vinduet TEM ved hjælp af et optisk mikroskop. Hvis filmen er ensartede på tværs af den centrale region af membranen, skal du fortsætte til næste trin; ellers Gentag modstå belægning proces på en frisk TEM vindue.
| Modstå | Spin hastighed (x g) |
Film Tykkelse (nm) |
Bagning temperatur (° C) |
Bagetid (min) |
| Positiv-tone PMMA | 60 | 30 | 200en | 2en |
| Negativ-tone PMMA | 60 | 15 | 200en | 2en |
| HSQ | 107 | 10 | Ikke behov forb | Ikke behov forb |
| enSe Ref.12; bSe Ref. 13 | ||||
Tabel 1: modstå spin coating og bagning parametre. Spin hastighed enheder i x g overveje en 3 mm diameter TEM chip. Bagning er udført på en varmeplade til PMMA. Ingen bagning er nødvendig for HSQ13. HSQ modstå opbevares nedkølet, så det har brug at varme til stuetemperatur før spinding.
3. Læg prøven i STILKEN, kort vindue koordinater og udføre høj opløsning fokus
- Montere resist-belagt TEM chip på prøveholderen STILK, og sørg for at modstå-vakuum interface faces indgående strålen, da strålen er optimalt fokuseret på toppen af prøven. Sørg også for, at siderne af vinduet TEM er justeret ca med x - og y - aksen af STILKEN fase. Dette vil lette navigering til vinduet TEM.
- Indlæse TEM chip i mikroskop, og pumpen natten over for at reducere forurenende stoffer i prøve salen.
- Flyt fase (x, y) koordinater, således at strålen er mere end 100 µm fra midten af vinduet TEM (for at undgå utilsigtet eksponering). Sæt STILK sonde beam aktuelle og energi til 34 pA og 200 keV, henholdsvis.
- I diffraktion tilstand imaging (stationære stråle, z-kontrast og midten vinkel ringformede mørke felter detektor), skal du indstille forstørrelse til 30 kX med stråle ud af fokus, som gør det nemmere at finde kanten af vinduet TEM.
Bemærk: TEM rude kanter kan også findes i tænkelig tilstand. Vi bruger diffraktion tilstand, fordi det er hurtigere, da strålen ikke behøver at blive scannet for at danne et billede. - Naviger hen imod vinduet TEM indtil en kant af vinduet er observeret på diffraktion billede. Navigere langs den rude kanter og post (x, y) koordinater af de fire hjørner af vinduet TEM.
- På det sidste vindue hjørne, øge forstørrelsen til 50 kX og udføre ru fokus på vinduet membranen ved at flytte fase z-koordinaten (z-højdejustering) indtil crossover af diffraktion mønster orientering iagttaget. Udføre efterfølgende, fine fokus ved at justere mål linse aktuelle.
- Forøge forstørrelsen til 180 kX. Fokusér, stigmation og aberration korrektion indstillinger for at opnå en aberration-korrigeret diffraktion billede af vinduet membran, som vist i figur 2B. Denne fokusering metode er kendt som den Ronchigram metode14.
Figur 2 : Diffraktion billede af TEM vindue membran. (A) fokus men stigmatic billede. Aberration-korrektion indstillinger for dette billede er ikke optimal som det fremgår af nært afstand diffraktion frynser. (B) eksponering-ready ikke-stigmated billede viser en jævn plateau diffraktionsmønster. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
4. afdække mønstre ved hjælp af en Aberration-korrigeret STILK udstyret med et mønster Generator System.
Bemærk: Aberration-korrigeret STILKEN bruges i dette arbejde er udstyret med et mønster generator system (PGS), som styrer elektronstråle position for at afdække mønstre defineret ved hjælp af computer aided design (CAD) programmel. Dosis er kontrolleret ved at definere afstanden mellem påvirkningspoints (trin størrelse) og eksponeringstid pr point. Tabel 2 opsummeres de eksponering parametre, der anvendes i denne protokol. Mønstre er udsat i midten af vinduet TEM i "kontinuerlig tilstand," da STÆNGLEN bruges i dette arbejde ikke omfatter en stråle blanker. Før og efter eksponeringen holdninger PGS stråle på en bruger-defineret punkt i field of view (FOV), fortrinsvis fra området mønster. Vi bruger i denne protokol øverst til højre og nederste højre hjørne af FOV som indledende og afsluttende beam positioner, henholdsvis.
| Modstå | Dot eksponering | Line eksponering | Området eksponering | ||
| Dosis (fC/dot) |
Trin størrelse (nm) |
Dosis (nC/cm) |
Trin størrelse (nm) |
Dosis (Μchiler/cm2) |
|
| Positiv tone PMMA | 10-100 | 0,5 | 2 – 8 | 0,5 | 2.000 |
| Negative tone PMMA | 50-500 | 0,5 | 20 – 40 | 0,5 | 50.000-80.000 |
| HSQ | 10-100 | 0,5 | 10 – 20 | 0,5 | 20.000-30.000 |
Tabel 2: eksponering parametre for PMMA (positive og negative tone) og HSQ modstår. Værdierne vist er generiske, da optimal dosis værdier afhænger af den specifikke mønster design og målrettet funktion dimensioner.
- Luk beam gate ventil for at undgå enhver utilsigtet eksponering af modstå, når du flytter scenen. Kontroller, at strålen er 34 pA og forstørrelse er 180 kX.
- Bruge præ-indspillet vindue hjørne koordinater til at bevæge bordet, så FOV center er 5 µm fra midten af vinduet. Åbn beam gate ventil og fokus på dette punkt ved hjælp af Ronchigram metoden beskrevet i trin 3.6.
- Luk beam gate ventil. Flyt fase til FOV i midten af vinduet TEM. Ændre forstørrelsen til 18 kX (svarende til en 5 µm x 5 µm mønster FOV). Overføre beam kontrol til PGS og placere strålen hvor som helst fra området mønster (vi bruger øverst til højre i denne protokol).
- Udfør følgende handlinger hurtigt efter hinanden at undgå overeksponere modstå ved de indledende og afsluttende beam positioner.
- Åbne gate ventil og kontrollere, ved at observere beam diffraktion mønster billede, om bjælken er i fokus på den første stråle holdning (som i figur 2B). Udsætte mønsteret.
- Når eksponeringen er afsluttet, tjekke hvis diffraktion mønster billedet forbliver i fokus på den endelige beam holdning. Endelig lukke gate ventil.
- Fjerne TEM chip fra STILKEN.
5. modstå udvikling og kritiske punkt tørring
Bemærk: Udviklingsprocessen afhænger modstå anvendes. Trin 5.1, 5.2 og 5.3 beskrive udviklingen processen for positive-tone PMMA, negativ-tone PMMA og HSQ, henholdsvis. Dog modstår alle dele det samme endelige kritiske punkt tørring proces, som er nødvendige for at undgå mønster sammenbrud på grund af høj-formatforhold af mønstre fabrikeret med denne protokol. Kritisk punkt tørring (CPD) bruger flydende CO2 som arbejdsvæsken, som ikke er blandbar med vand. Derfor prøve dehydrering (trin 5.4-5.7) kræver brug af ACS reagens grade isopropylalkohol (IPA).
- Udvikling af positive-tone PMMA15: forberede et 100 mL bægerglas med 3:1 løsning af IPA:methyl isobutylacetophenon-keton (MIBK). Bægerglasset anbringes i et badekar cirkulationspumpe ved 0 ° C (isbad ved 0 ° C er en lavere omkostning-alternativ) og vente, indtil temperaturen er udlignet. Grab TEM chip med et par pincet og forsigtigt røre det i kolde løsningen for 30 s. Fortsæt med trin 5.4.
- Udviklingen af negative-tone PMMA16: blidt røre TEM chip i MIBK ved stuetemperatur (24 ° C) i 2 min. overføre prøven til en acetone løsning og omrøres i 3 min. Fortsæt med trin 5.4.
- Udvikling af HSQ13: rør TEM-chip i en "salt" deioniseret vand løsning, der indeholder 1 wt % NaOH og 4 wt % NaCl, i 4 min på 24 ° C. Rør chippen i ren deioniseret vand i 2 min. (at skylle saltet udvikleren). Fortsæt med trin 5.4.
- Dyp TEM chip i ACS reagens grade IPA og forsigtigt røre det for 30 s.
- Hurtigt anbringe TEM chip på den særlige 2" Si wafer vist i figur 3A. Sørg for, at TEM chip er altid våd med IPA under overførslen. Efter ca. 2-3 min., lukke CPD wafer indehaveren forsamling som afbilledet i figur 3B. Lad hele enheden iblødsætning i ACS reagens grade IPA i yderligere 15 min. helt nedsænket i IPA.
- Hurtigt overføre komplet CPD wafer indehaveren enhed til en anden beholder med friske ACS reagens grade IPA og overlade det til 15 min. helt nedsænket i IPA.
- Overføre CPD wafer indehaveren forsamling til CPD instrument proces kammer (på alle tidspunkter TEM chip bør være helt nedsænket i IPA). Køre CPD processen efter instrumentets betjeningsvejledning.
Figur 3 : In-house løsning for dehydrering af TEM chips i et CPD standard 2" wafer indehaveren. (A) skematisk sideudsigt over TEM chip på en speciel 2" Si-wafer med et lille hul boret i centrum (ca. 500 μm i diameter) for at give væske flow. Wafer passer i et CPD standard 2" wafer indehaveren CPD system fremstilleren. (B) en anden særlige Si-wafer omslutter TEM chip, hvorved turbulent strømning under CPD-processen. I A og B, CPD wafer indehaveren er helt nedsænket i ACS reagens grade IPA. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Representative Results
Figur 4 viser Litografisk mønstre på positiv-tone PMMA (modstå fjernet fra udsatte regioner efter udvikling) og negativ-tone PMMA (modstå fjernet fra eksponerede områder). TEM windows bestod af ca. 30 nm tykke PMMA modstå for positive-tone PMMA (15 nm tykke for negativ-tone PMMA) spin støbt på en 5 nm tykke syndenx membran. En tynd metallisk film (10 nm AuPd over 5 nm Ti) blev indsat efter udvikling af positive-tone PMMA at forbedre kontrasten i STILKEN imaging. For positive-tone PMMA, den gennemsnitlige mindste isolerede funktion er 2,5 ± 0,7 nm (figur 4 c, 4 D), mens den mindste pitch mønster er 17,5 nm (figur 4F). For negativ-tone PMMA, den gennemsnitlige mindste isolerede funktion er 1,7 ± 0,5 nm (figur 4 g), mens den mindste pitch mønster er 10,7 nm (figur 4J).
Figur 4 : Aberration-korrigeret elektron beam litografi af positiv - og negativ-tone PMMA. (En tynd film af 10 nm AuPd over 5 nm Ti blev deponeret på alle positive-tone PMMA mønstre vist i denne figur.) (A) SEM billede af vilkårlige mønstre i positiv-tone PMMA. (B) TEM billede af vilkårlige mønstre i negativ-tone PMMA. (C, D) SEM billeder af de mindste mønstrede huller i positiv-tone PMMA, med gennemsnitlige huldiameter 2,5 ± 0,7 nm. (E, F) SEM billeder af hul arrays defineret på positiv-tone PMMA med en pitch på 21,5 nm (E) og 17,5 nm (F). (G, H) TEM billeder af søjle arrays i negativ-tone PMMA med 20 nm pitch og gennemsnitlige søjle diameter på 1,7 ± 0,5 nm (G) og 1,8 ± 0,5 nm (H). (I, J) TEM billeder af negativ-tone PMMA søjle arrays af 15,2 og 10.7 nm pitch, henholdsvis. Alle skala barer er 40 nm. Dette tal er blevet gengivet fra Manfrinato, VR, Stein, A., Zhang, L., Nam, C.-Y., Yager, K.G., Stach, Leif og sort, C.T. Aberration-Corrected elektron Beam litografi på en Nanometer længde skala. Nano Lett. 17 (8), 4562-4567 (2017). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5 viser mønstre defineret på HSQ modstå. Vinduet TEM bruges til HSQ litografi bestod af ca. 10 nm tykke HSQ modstå spin støbt på en 27 nm tykke Si membran. Efter eksponering og modstå udvikling, 3-4 nm af den ultra-tynde Si lag i HSQ-frie regioner (eksponerede områder) i vinduet var fjernet af induktive koblet plasma (ICP) ætsning ved hjælp af en blanding af 50 sccm HBr og 20 sccm Cl2 gasser ved et kammer Tryk på 10 mT (bias og ICP magt 60 W og 250 W, henholdsvis). Figur 5A består af fire rækker af korte lodrette linjer. De øverste to rækker blev udsat med en linje dosis trådte eksponentielt fra 2 til 120 nC/cm (0 nm designet bredde for disse linjer). De nederste to rækker blev udsat med et område dosis trådte eksponentielt fra 3.000 til 60.000 μC/cm2 (5 nm bredt og 200 nm længe designet rektangler). Figur 5B er en zoomet billede af regionen center i den nederste række i figur 5A. De to længst til venstre, byens fire og fire længst til højre linjerne blev udsat med et område dosis af 23,300, 27,300 og 32.000 μC/cm2, henholdsvis. De fire center linjer har en gennemsnitlige målte bredde af 7 nm.
Figur 5 : Aberration-korrigeret elektron beam litografi af HSQ resist. (TEM vinduet anvendes i dette tal var lavet af 27 nm tykke Si. Efter HSQ udvikling, blev induktive koblet plasma ætsning brugt til at fjerne 3-4 nm af Si fra de områder, der ikke er omfattet af HSQ.) (A) TEM billedet af fire rækker af vertikale linjer udsat med doser varierende eksponentielt fra 2 til 120 nC/cm (øverste to rækker) og 3.000 til 60.000 μC/cm2 (nederste to rækker). Beam trin størrelse var 0,5 nm for alle linjer. (B) høj forstørrelse TEM billede af det centrale område af den nederste række i (A). Gruppen af 4 linier i midten har gennemsnitligt målt bredden af 7 nm og blev udsat med et område dosis af 27,300 μC/cm2. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Discussion
Den mest kritiske trin i protokollen fokuserer elektronstråle før eksponering. Dette er nødvendigt for at nå højeste opløsning mønstre. Når du udfører flere eksponeringer (f.eks., når en TEM chip har flere vinduer og enkelte er at være mønstrede), er det vigtigt at fokusere strålen før hver eksponering på afstand ved de fleste 5 μm fra området eksponering. Protokollen indeholder også trin for at kontrollere stråle fokus før og efter eksponering på to ekstreme holdninger af området mønstre (øverste og nederste hjørner), som giver mulighed for en konstatering af om nogle defocusing opstod under mønstre, for eksempel skyldes en membran der lokalt på skrå i regionen mønstre.
Endnu et vigtigt skridt i denne protokol bruger kritiske punkt tørring (CPD) tørre prøver efter udvikle eksponerede modstå mønstre. Uden dette trin vil mønstre ofte sammenbrud på grund af de mønstrede strukturer (dvs., mønstrede modstå tværgående dimensioner mindre end tykkelsen) høj størrelsesforhold. De fleste CPD systemer levere en standard 2" wafer indehaveren. Men da TEM chips er meget små og de mønstrede strukturer er ganske delikat, de kan blive beskadiget under CPD processen når de placeres i holdere designet til større prøver. Figur 3 viser en in-house løsning for CPD af TEM chips ved hjælp af en standard wafer indehaveren. De to vafler, med en aktivering af flow hul i midten, vedlægge TEM chip og beskytte det fra turbulent strømning under CPD-processen.
Bestemmelse af optimal modstå filmtykkelse forsøger at balancere konkurrerende krav. På den ene side, det skal være så tynde som muligt for at opnå den højeste opløsning og undgå mønster sammenbrud, men på den anden side, det bør være tyk nok til mønster overførsel applikationer såsom lift-off og ætsning. Denne protokol bruger 1% HSQ, hvilket er den laveste fortynding kommercielt tilgængelige og hvis yderligere fortynding i laboratoriet er ikke anbefalet (vores erfaring viser, at fortyndet HSQ fører ofte til delvis crosslinking). Men da fortyndet PMMA giver reproducerbare resultater, denne protokol bruger 1% for positive-tone PMMA (30 nm tykkelse) og 0,5% og 1% for negativ tone (15 og 30 nm tykkelse, henholdsvis). Vi har fundet, at positive-tone PMMA modstå ikke lider af mønster sammenbrud som negative-tone PMMA, således anvendelsen af tyndere tykkelse for negativ tone som vist i tabel 1. Derudover negativ-tone PMMA har ~ 50% tykkelse tab efter e-beam eksponering (og før udvikling), så den endelige tykkelse for negativ-tone PMMA er ~ 7 til 15 nm. (De 1,7 og 1,8 nm funktioner fra figur 4 har ca. 7 nm modstå tykkelse, som er på grænsen af mønster kollaps.) PMMA mønstre vist i figur 4 bruge ikke et CPD skridt; dog hvis den findes, anbefaler denne protokol brug af CPD efter udviklingen af PMMA mønstre. Derimod fandt vi CPD at være kritisk til HSQ forarbejdning skyldes, at det ikke kan fortyndes yderligere (for at opnå tyndere tykkelse), og fordi tykkere HSQ mønstre er nødvendige for at bruge som en Radering maske (f.eks. til etch silicium, som vist i figur 5 ).
Positiv-tone PMMA mønstre i figur 4 var belagt med en tynd metallisk film til at øge kontrasten i imaging. De støtter oplysninger i arbejdet i Manfrinato mfl. 1 viser, at effekten af denne metallisk belægning på metrologi af mønstre er ubetydelig. Vi mener ligeledes, at resultaterne vist i figur 5 for HSQ modstå ikke afhænger drastisk især valget af TEM vindue struktur baseret på den ultra-tynde tykkelsen af laget underliggende Si.
Til bedste af vores viden er alle de målinger, der er beskrevet i afsnittet repræsentant resultater for positive og negative tone PMMA1 (figur 4) de mindste funktioner rapporteret i litteraturen til dato1,7 , 12 , 16 , 17. Manfrinato mfl. 1 viste også sub-5 nm mønster overførsel, fra modstå et target materiale, ved hjælp af konventionelle metal lift-off (for positive-tone PMMA) og sekventiel infiltration syntese18 af ZnO (for negative-tone PMMA). Resultaterne vist i figur 5 for HSQ er ikke den mindste rapporterede funktioner7. Men denne protokol er nyttig for at opnå reproducerbare funktioner i HSQ med en opløsning bedre end 10 nm, og viser et etcifret mønstre af silicium strukturer.
Protokollen præsenteres her beskriver en proces for mønster vilkårlige strukturer med enkelt ciffer nanometer-opløsning ved hjælp af konventionelle elektronstråle modstår PMMA og HSQ. Derudover viser resultaterne vist her og i Ref. 1, at sådanne mønstre kan overføres med high fidelity til en target materiale valg.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at oplyse.
Acknowledgments
Denne forskning anvendes ressourcer af Center for funktionelle nanomaterialer, som er videnskaben facilitet en amerikanske DOE Office, ved Brookhaven National Laboratory under Kontraktnr. DE-SC0012704.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Plasma asher | Plasma Etch | PE-75 | Located in class 100 cleanroom |
| Silicon Nitride 5 nm thick TEM Windows (9 SMALL Windows) | TEM windows.com | SN100-A05Q33A | |
| TEM chip holder for resist coating | Home made | ||
| 27 nm thick c-Si TEM Windows | TEMwindows.com | Custom order | |
| A2 950K PMMA diluted in anisole to 0.5-1.0% by weight | MicroChem | M230002 | |
| HSQ (1% solids XR-1541) e-beam resist in MIBK | Dow Corning | XR-1541-001 | |
| Spinner | Reynolds Tech | ReynoldsTech Flo-Spin system | Located in class 100 cleanroom |
| Hot plate | Brewer Science | CEE 1300X | Located in class 100 cleanroom |
| Spectral reflectometer | Filmetrics | F20 | Located in class 1000 cleanroom |
| Bath circulator | Thermo Scientific | Neslab RTE 740 | Located in class 100 cleanroom |
| Optical microscope | Nikon | Eclipse L200N | Located in class 1000 cleanroom |
| MIBK/IPA 1:3 developer | MicroChem | M089025 | |
| Sodium hydroxide | Sigma-Aldrich | 221465 | |
| Sodium chloride | Sigma-Aldrich | 31434 | |
| Isopropyl Alcohol, ACS Reagent Grade | Fisher Scientific | MK303202 | |
| TEM chip holder for critical point drying | Home made | ||
| Critical point drying system | Tousimis | Autosamdri-815B, Series C | Located in class 100 cleanroom |
| Aberration-corrected STEM | Hitachi | HD 2700C | |
| Pattern generation system | JC Nabity Lithography Systems | NPGS v9 | |
| Scanning Electron Microscope (SEM) | Hitachi | S-4800 | |
| Reactive ion etcher | Oxford Instruments | Plasmalab 100 | Located in class 1000 cleanroom |
References
- Manfrinato, V. R., Stein, A., Zhang, L., Nam, C. Y., Yager, K. G., Stach, E. A., Black, C. T. Aberration-Corrected Electron Beam Lithography at the One Nanometer Length Scale. Nano Letters. 17 (8), 4562-4567 (2017).
- Chen, W., Ahmed, H. Fabrication of 5-7 nm wide etched lines in silicon using 100 keV electron-beam lithography and polymethylmethacrylate resist. Applied Physics Letters. 62 (13), 1499-1501 (1993).
- Vieu, C., Carcenac, F., Pepin, A., Chen, Y., Mejias, M., Lebib, A., Manin-Ferlazzo, L., Couraud, L., Launois, H. Electron beam lithography: resolution limits and applications. Applied Surface Science. 164, 111-117 (2000).
- Hu, W., Sarveswaran, K., Lieberman, M., Bernsteina, G. H. Sub-10 nm electron beam lithography using cold development of poly(methylmethacrylate). Journal of Vacuum Science & Technology B. 22 (4), 1711-1716 (2004).
- Chen, Y. Nanofabrication by electron beam lithography and its applications: A review. Microelectronic Engineering. 135, 57-72 (2015).
- Jiang, N. On the spatial resolution limit of direct-write electron beam lithography. Microelectronic Engineering. 168, 41-44 (2017).
- Manfrinato, V. R., Zhang, L., Su, D., Duan, H., Hobbs, R. G., Stach, E. A., Berggren, K. K. Resolution Limits of Electron-Beam Lithography toward the Atomic Scale. Nano Letters. 13 (4), 1555-1558 (2013).
- Isaacson, M., Muray, A. In situ vaporization of very low molecular weight resists using 1/2 nm diameter electron beams. Journal of Vacuum Science & Technology B. 19 (4), 1117-1120 (1981).
- van Dorp, W. F., van Someren, B., Hagen, C. W., Kruit, P. Approaching the Resolution Limit of Nanometer-Scale Electron Beam-Induced Deposition. Nano Letters. 5 (7), 1303-1307 (2005).
- Fuechsle, M., Miwa, J. A., Mahapatra, S., Ryu, H., Lee, S., Warschkow, O., Hollenberg, L. C. L., Klimeck, G., Simmons, M. Y.
- Randall, J. N., Lyding, J. W., Schmucker, S., Von Ehr, J. R., Ballard, J., Saini, R., Xu, H., Ding, Y. Atomic precision lithography on Si. Journal of Vacuum Science & Technology B. 27 (6), 2764-2768 (2009).
- Arjmandi, N., Lagae, L., Borghs, G. Enhanced resolution of poly(methyl methacrylate) electron resist by thermal processing. Journal of Vacuum Science & Technology B. 27 (4), 1915-1918 (2009).
- Yang, J. K. W., Berggren, K. K. Using high-contrast salty development of hydrogen silsesquioxane for sub-10-nm half-pitch lithography. Journal of Vacuum Science & Technology B. 25 (6), 2025-2029 (2007).
- Lin, J. A., Cowley, J. M. Calibration of the operating parameters for an HB5 STEM instrument. Ultramicroscopy. 19 (1), 31-42 (1986).
- Cord, B., Lutkenhaus, J., Berggren, K. K. Optimal temperature for development of poly(methylmethacrylate). Journal of Vacuum Science & Technology B. 25 (6), 2013-2016 (2007).
- Duan, H. G., Winston, D., Yang, J. K. W., Cord, B. M., Manfrinato, V. R., Berggren, K. K. Sub-10-nm half-pitch electron-beam lithography by using poly(methyl methacrylate) as a negative resist. Journal of Vacuum Science & Technology B. 28 (6), C6C58-C6C62 (2010).
- Dial, O., Cheng, C. C., Scherer, A. Fabrication of high-density nanostructures by electron beam lithography. Journal of Vacuum Science & Technology B. 16 (6), 3887-3890 (1998).
- Kamcev, J., Germack, D. S., Nykypanchuk, D., Grubbs, R. B., Nam, C. Y., Black, C. T. Chemically Enhancing Block Copolymers for Block-Selective Synthesis of Self-Assembled Metal Oxide Nanostructures. ACS Nano. 7 (1), 339-346 (2013).
