Summary
ونحن نستخدم مجهر إلكتروني انتقال المسح ضوئي لتصحيح انحراف لتحديد أنماط نانومتر رقم واحد في اثنين شعاع الإلكترون استخداماً تقاوم: بولي (ميثاكريلات الميثيل) والهيدروجين سيلسيسكويوكساني. مقاومة أنماط يمكن تكرارها في المواد المستهدفة في الاختيار مع الإخلاص نانومتر ذات الأرقام المفردة باستخدام إقلاعه، البلازما النقش، ومقاومة التسلل أورجانوميتاليكس.
Abstract
نظهر يقاوم تمديد الإلكترون الحزم باستخدام الطباعة الحجرية التقليدية ونمط نقل العمليات إلى أبعاد نانومتر ذات الأرقام المفردة التي توظف مجهر إلكتروني انتقال المسح ضوئي لتصحيح الانحراف كأداة التعرض. هنا، نحن نقدم نتائج الزخرفة نانومتر ذات الأرقام المفردة من اثنين شعاع الإلكترون المستخدمة على نطاق واسع تقاوم: بولي (ميثاكريلات الميثيل) والهيدروجين سيلسيسكويوكساني. الأسلوب الذي يحقق ميزات فرعية-5 نانومتر في بولي (ميثاكريلات الميثيل) والقرار sub-10 نانومتر في سيلسيسكويوكساني الهيدروجين. يمكن إجراء نقل عالية الدقة لهذه الأنماط في المواد المستهدفة من خيار استخدام زنتها معدنية، والبلازما أحفر، ومقاومة التسلل مع أورجانوميتاليكس.
Introduction
وينص البروتوكول على قدم في هذه المخطوطة التوجيه لتحديد أنماط مع القرار رقم واحد نانومتر في بولي (ميثاكريلات الميثيل) (البولي ميثيل ميثا اكريلات) واستخدام الهيدروجين سيلسيسكويوكساني (هسق)، وتقاوم شعاع الإلكترون المشتركة اثنين في الزخرفة ذات الدقة العالية بشعاع الإلكترون الطباعة الحجرية. يمكننا تحقيق هذه النتائج باستخدام تصحيح انحراف مسح انتقال مجهر إلكتروني (الجذعية) كأداة التعرض، تجهيزه مولد نمط للتحكم بشعاع الإلكترون. بعد التعرض لمقاومة، يمكن نقل أنماط النانو لمجموعة متنوعة من الهدف المواد1، مما مكن تصنيع أجهزة جديدة في القرار رقم واحد نانومتر.
وقد أظهرت الدراسات السابقة أن شعاع الإلكترون الطباعة الحجرية (أبل) قادر على تحديد أنماط في مقاومة المواد ذات الأبعاد في نانومتر sub-10 مقياس2،،من34،،من56. ومع ذلك، لإبعاد حوالي 4 نانومتر، تتطلب هذه المظاهرات تساعد إجراءات غير قياسي مثل استخدام هياكل7 أو يقاوم مرات التعرض الطويل لتطوير الذاتي8. تقنيات نانوباتيرنينج أخرى، مثل شعاع الإلكترون الناجم عن ترسب9 أو المسح الضوئي التحقيق الطباعة الحجرية10،11، أثبتت أنها قادرة على تحقيق القرار sub-4 نانومتر، على الرغم من أن تتطلب هذه إلى حد كبير التعرض لأوقات أطول بالمقارنة مع أبل.
نظم حديثة مخصصة لابل إنتاج الحزم الإلكترونية مع أحجام بقعة في مقياس الطول نانومتر قليلة (2-10 نانومتر)، مما يجعل من الصعب جداً تحديد أنماط مع القرار sub-10 نانومتر. وفي المقابل، لدينا بروتوكول تنفذ أبل باستخدام جذعية تصحيح الانحراف، الذي أداة الغاية أمثل لتوصيف المواد في جداول طول انغستروم. يسمح هذا الاختلاف الزخرفة الروتينية لميزات معدني رقماً قياسياً مع نانومتر واحد القرار1. بينما الدولة-من----فن، النظم التجارية لتصحيح انحراف الجذعية التكلفة في نطاق الملايين من الدولارات وتكون متوفرة للاستخدام في العديد من المرافق الوطنية المستخدم، وبعضها موجوداً دون تكلفة.
Protocol
1-نموذج إعداد لمقاومة الطلاء
ملاحظة: في هذا العمل، وأنماط مع القرار رقم واحد نانومتر تم تعريفها في البولي ميثيل ميثا اكريلات (الإيجابية والسلبية-نغمة) ويقاوم هسق، وهي تدور--المدلى بها إلى windows تيم المتاحة تجارياً (حوالي 50 ميكرومتر µm x 50) مع SiO2 أو الخطيئةx الأغشية بسمك يتراوح بين 5 نانومتر إلى 50 نانومتر. واحد أو أكثر من windows تيم مصطنعة في سيليكون قطرها 3 مم التعامل مع الإطار (100 ميكرومتر سميكة). في جميع أنحاء هذه المخطوطة، نشير إلى وحدة كاملة كشرائح تيم والغشاء الشفاف شعاع الإلكترون كنافذة تيم.
- إزالة أي بقايا العضوية من رقاقة تيم بأداء س2 البلازما التنظيف لمدة 30 ثانية في 100 W (ضغط الدائرة من 230 طن متري في تدفق2 sccm س 5 تقريبا).
- تنشق قطعة من السليكون ويفر، حوالي 2 سم × 2 سم في الحجم، لاستخدامها كحامل لرقاقة تيم أثناء مقاومة الغزل.
- مكان المشارب هذين الوجهين الكربون الشريط تقريبا مسافة واحدة من مركز صاحب السليكون والمنفصلين عن ذويهم أقل قليلاً من القطر لرقاقة (انظر الشكل 1). شطف المشارب مع الكحول الأيزوبروبيل (IPA) للحد من قوتهم لاصقة. وهذا ضروري لتجنب كسر رقاقة تيم حساسة أثناء الإزالة من صاحب سي.
- جبل رقاقة تيم على حامل السيليكون مع التأكد من أن المرفق به المشارب الشريط الكربون فقط في حواف المعاكس اثنين كما هو مبين في الشكل 1.
الشكل 1 : ال رقاقة حامل لمقاومة الغزل. لاحظ أن رقاقة تيم موصولة إلى صاحب السليكون في حواف اثنين فقط تقليل المساحة السطحية بجهة الاتصال، ومن ثم، قوة الالتصاق. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
2-تدور معطف المعلمات للبولي ميثيل ميثا اكريلات (لهجة إيجابية وسلبية) وتقاوم هسق
ملاحظة: سمك مقاومة لا يقاس مباشرة على رقاقة TEM، نظراً لأنها صغيرة وعادة المقاومة يلقي في طبقات رقيقة أخرى (مثلاً، فيلم سي في غشاء SiO2 )، الذي يعقد في القياس. بدلاً من ذلك، تقاوم سمك يتحدد بسرعة الدوران معايرة باستخدام قياسات ريفليكتوميتري من الأفلام يلقي على الجزء الأكبر من عينة Si. نتائج ريفليكتوميتري تثبتها، عادة بدقة أفضل من 20%، الصور من أعلى إلى أسفل الجذع الهياكل المنهارة.
- جبل صاحب السيليكون على تشاك غزل ومحاذاة وسط إطار تيم تقريبا مع مركز الدوار الدوار.
- استخدام ماصة، يغطي الإطار بأكمله تيم مع قطره واحدة (حوالي 0.05 مل) من البولي ميثيل ميثا اكريلات (A2 ك 950 البولي ميثيل ميثا اكريلات المخفف في انيسول إلى 0.5-1.0%) أو هسق (1% مواد صلبة XR-1541).
- اعتماداً على مقاومة استخدام، اتبع تدور طلاء والخبز المعلمات في الجدول 1.
- بعناية إزالة رقاقة تيم من صاحب السليكون. فحص تجانس مقاومة عبر النافذة تيم باستخدام مجهر ضوئي. إذا كان الفيلم متجانسة عبر المنطقة الوسطى من الغشاء، تابع إلى الخطوة التالية؛ خلاف ذلك، كرر عملية طلاء مقاومة في نافذة ال جديدة.
| مقاومة | سرعة الدوران (خ ز) |
فيلم سمك (نيو مكسيكو) |
درجة حرارة الخبز (درجة مئوية) |
وقت الخبز (دقيقة) |
| نغمة إيجابية البولي ميثيل ميثا اكريلات | 60 | 30 | 200 | 2 |
| نغمة سلبية البولي ميثيل ميثا اكريلات | 60 | 15 | 200 | 2 |
| هسق | 107 | 10 | لا حاجةب | لا حاجةب |
| أانظر Ref.12؛ بانظر الرقم 13 | ||||
الجدول 1: مقاومة تدور طلاء والخبز المعلمات. وحدات السرعة تدور في س ز تنظر شريحة تيم قطرها 3 ملم. الخبز يتم على صفيحة ساخنة للبولي ميثيل ميثا اكريلات. لا يوجد الخبز الحاجة هسق13. يتم تخزين مقاومة هسق المبردة وذلك يحتاج إلى الحارة إلى درجة حرارة الغرفة قبل الغزل.
3-تحميل عينة في الجذعية وتعيين إحداثيات الإطار القيام بتركيز عالي الدقة
- جبل رقاقة تيم المغلفة بمقاومة على صاحب العينة الجذعية، والتأكد من أن واجهة مقاومة الفراغ يواجه الحزم الواردة، منذ الشعاع يتركز على النحو الأمثل في الجزء العلوي من النموذج. أيضا، تأكد من أن الجانبين من النافذة تيم تتماشى تقريبا مع س-وص المحور المحور المرحلة الجذعية. وهذا سيسهل التنقل إلى الإطار تيم.
- تحميل رقاقة TEM المجهر، ومضخة بين عشية وضحاها للحد من الملوثات في قاعة عينة.
- نقل الإحداثيات المرحلة (x, y) مثل الشعاع هو أكثر من 100 ميكرومتر بعيداً عن مركز النافذة تيم (لتجنب التعرض العرضي). تعيين شعاع مسبار الجذعية الحالية والطاقة للسلطة الفلسطينية 34 و 200 كيلو إلكترون فولط، على التوالي.
- في وضع حيود التصوير (شعاع ثابتة ووضع z-التباين وزاوية منتصف حلقية كاشف الظلام--حقل)، تعيين التكبير إلى 30 kX مع الشعاع من التركيز، مما يجعل من الأسهل العثور على حافة النافذة TEM.
ملاحظة: حواف الإطار تيم يمكن أيضا الاطلاع على طريقة التصوير. نحن نستخدم وضع الحيود لأنها أسرع، نظراً للشعاع لا تحتاج إلى مسح لتشكل صورة. - انتقل نحو النافذة تيم حتى حافة النافذة ويلاحظ على صورة الحيود. التنقل على طول حواف النافذة وسجل (x, y) إحداثيات الزوايا الأربع للإطار تيم.
- في ركن النافذة الأخيرة، زيادة التكبير إلى 50 kX وأداء الخام مع التركيز على غشاء النافذة عن طريق تحريك المرحلة z-التنسيق (تعديل الارتفاع z) حتى كروس الحيود لوحظ نمط التوجيه. وفي وقت لاحق، أداء التركيز غرامة بضبط العدسة الهدف الحالي.
- زيادة التكبير إلى 180 kX. ضبط التركيز، ستيجماتيون، وانحراف في تصحيح إعدادات من أجل الحصول على صورة حيود لتصحيح انحراف من غشاء النافذة كما هو مبين في الشكل 2. يعرف هذا الأسلوب التركيز الأسلوب رونتشيجرام14.
الشكل 2 : صورة الحيود غشاء النافذة TEM. (أ) مركزة ولكن الصورة ستيجماتيك. إعدادات تصحيح انحراف هذه الصورة ليست الأمثل كما يتضح من هامش الحيود عن كثب متباعدة. (ب) جاهزة للتعرض للصورة غير stigmated عرض نمط حيود هضبة سلس. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
4-الكشف عن أنماط استخدام جذعية لتصحيح انحراف مجهزة بنظام مولد نمط.
ملاحظة: لتصحيح انحراف الجذعية المستخدمة في هذا العمل مجهزة بنظام مولد نمط (PGS)، الذي يسيطر على موقف شعاع الإلكترون للكشف عن الأنماط المحددة باستخدام الحاسوب (CAD) تصميم البرمجيات. الجرعة يرتبط بتحديد المسافة بين النقاط التعرض (حجم الخطوة) ووقت التعرض كل نقطة. ويلخص الجدول 2 التعرض المعلمات المستخدمة في هذا البروتوكول. أنماط يتم كشفها في وسط إطار تيم في "وضع المستمر،" منذ الجذعية المستخدمة في هذا العمل ولا يشمل شعاع بلانكير. قبل وبعد التعرض، مواقف سرفيسز شعاع عند أي نقطة المعرفة من قبل المستخدم في حقل الرؤية (FOV)، يفضل أن يكون بعيداً عن منطقة النمط. نحن نستخدم في هذا البروتوكول بأعلى يمين وأسفل الزوايا اليمنى من فوف مواقف شعاع الأولية والنهائية، على التوالي.
| مقاومة | التعرض دوت | تعرض خط | تعرض منطقة | ||
| الجرعة (fC/نقطة) |
حجم الخطوة (نيو مكسيكو) |
الجرعة (nC/سم) |
حجم الخطوة (نيو مكسيكو) |
الجرعة (µC/سم2) |
|
| نغمة إيجابية البولي ميثيل ميثا اكريلات | 10-100 | 0.5 | 2-8 | 0.5 | 2,000 |
| نغمة سلبية البولي ميثيل ميثا اكريلات | 50-500 | 0.5 | 20-40 | 0.5 | 50,000 – 80,000 |
| هسق | 10-100 | 0.5 | 10 – 20 | 0.5 | 20,000 – 30,000 |
الجدول 2: يقاوم معلمات التعرض للبولي ميثيل ميثا اكريلات (لهجة إيجابية وسلبية) وهسق. القيم المعروضة عامة، حيث قيم الجرعة المثلى تعتمد على تصميم نمط معين وتستهدف أبعاد الميزة.
- إغلاق صمام بوابة شعاع لتجنب أي التعرض العرضي للمقاومة عند الانتقال المرحلة. التحقق من أن الحزمة الحالية هو السلطة الفلسطينية 34 والتكبير 180 kX.
- استخدام إحداثيات الزاوية الإطار المسجلة مسبقاً للانتقال المرحلة، حيث يكون مركز فوف 5 ميكرومتر بعيداً عن مركز النافذة. فتح صمام بوابة شعاع والتركيز في هذه المرحلة باستخدام رونتشيجرام الطريقة الموضحة في "الخطوة 3، 6".
- إغلاق صمام بوابة شعاع. نقل مرحلة وضع فوف في وسط إطار تيم. تغيير التكبير إلى kX 18 (المقابلة ميكرومتر 5 µm x 5 الزخرفة فوف). نقل عنصر التحكم شعاع إلى سرفيسز وموقف الحزم في أي مكان بعيداً عن منطقة نمط (ونحن نستخدم أعلى الزاوية اليمنى في هذا البروتوكول).
- تنفيذ الإجراءات التالية في تعاقب سريع لتجنب تعريض المقاومة في مواقف شعاع الأولية والنهائية.
- فتح صمام البوابة والتحقق منها، عن طريق مراقبة الصورة نمط حيود شعاع، سواء كان الشعاع في التركيز في الموضع الحزمة الأولى (كما هو الحال في الشكل 2). يعرض النمط.
- عند الانتهاء من التعرض، تحقق إذا الصورة نمط الحيود لا يزال في التركيز في الموضع الحزمة النهائية. وأخيراً، قم بإغلاق صمام البوابة.
- إزالة رقاقة تيم من الساق.
5-مقاومة التنمية وتجفيف نقطة حرجة
ملاحظة: عملية التنمية يعتمد على مقاومة المستخدمة. تصف الخطوات 5.1، 5.2 و 5.3 بعملية تطوير للهجة إيجابية البولي ميثيل ميثا اكريلات ولهجة سلبية البولي ميثيل ميثا اكريلات وهسق، على التوالي. ومع ذلك، يقاوم كل حصة نفس النقطة الحرجة النهائية تجفيف عملية، وهو أمر ضروري لتفادي انهيار نمط سبب نسبة العرض إلى الارتفاع ارتفاع أنماط ملفقة مع هذا البروتوكول. النقطة الحرجة التجفيف (وثيقة البرنامج القطري) يستخدم السائل CO2 كسائل العامل، الذي لا الامتزاج مع المياه. ونتيجة لذلك، تتطلب عينة الجفاف (خطوات 5.4-5.7) استخدام ACS كاشف كحول الأيزوبروبيل الصف (IPA).
- وضع نغمة إيجابية البولي ميثيل ميثا اكريلات15: تحضير كوب 100 مل مع الحل 3:1 من IPA:methyl إيسوبوتيل-كيتون (ميبك). طرأت الكأس مدوار حمام في 0 درجة مئوية (بديلاً أقل تكلفة من حمام الثلج في 0 درجة مئوية) وانتظر حتى يتم معادلة درجة الحرارة. الاستيلاء على رقاقة ال مع زوج من ملاقط ويقلب بلطف أنه في حل الباردة لتابع س. 30 مع 5.4 خطوة.
- وضع النغمة السلبية البولي ميثيل ميثا اكريلات16: بلطف يقلب رقاقة تيم في ميبك في درجة حرارة الغرفة (24 درجة مئوية) للحد الأدنى 2 نقل العينة إلى حل الأسيتون ويقلب لدقيقة 3 تابع مع الخطوة 5، 4.
- تطوير هسق13: ضجة في شرائح تيم في محلول مياه. "مالحة"، يحتوي على 1 wt % هيدروكسيد الصوديوم و 4% wt كلوريد الصوديوم، لمدة 4 دقائق في 24 درجة مئوية. ضجة في شرائح في المياه نقية لمدة 2 دقيقة (شطف المطور مالحة). المضي قدما في الخطوة 5، 4.
- تراجع رقاقة ال ACS الكاشف الصف أصد ويقلب بلطف أنه لمدة 30 ثانية.
- بسرعة وضع رقاقة تيم على سي يفر الخاصة 2 "هو موضح في الشكل 3 ألف. تأكد من رقاقة تيم دائماً الرطب مع معهد الإدارة العامة أثناء النقل. بعد ما يقرب من 2-3 دقيقة، قم بإغلاق الجمعية حامل وثيقة البرنامج القطري ويفر كما هو مبين في الشكل 3 (ب). مغادرة وحدة كاملة في الصف الكاشف ACS أصد عن 15 دقيقة إضافية مغمورة تماما في معهد الإدارة العامة.
- بسرعة نقل الجمعية حامل يفر وثيقة كاملة لحاوية ثانية مع الصف الكاشف ACS الطازجة أصد واتركه لمدة 15 دقيقة مغمورة تماما في معهد الإدارة العامة.
- نقل الجمعية حامل وثيقة البرنامج القطري ويفر إلى الدائرة عملية صك وثيقة البرنامج القطري (في جميع الأوقات رقاقة ال يجب أن تكون مغمورة تماما في معهد الإدارة العامة). قم بتشغيل عملية وثيقة البرنامج القطري في أعقاب تعليمات التشغيل هذا الصك.
الشكل 3 : حل داخلي للجفاف للرقائق في رقاقة حامل قياسي 2 "وثيقة البرنامج القطري. (أ) حفر عرض الجانب التخطيطي لرقاقة تيم على رقاقة Si خاص 2 "مع وجود ثقب صغير في المركز (حوالي 500 ميكرومتر في القطر) للسماح بتدفق السائل. يفر تناسبها في وثيقة البرنامج القطري قياسي 2 "ويفر حامل تم توفيره بواسطة الشركة المصنعة النظام وثيقة البرنامج القطري. (ب) يرفق رقاقة Si خاص ثاني رقاقة TEM، وبالتالي تقليل تدفق المضطرب خلال عملية وثيقة البرنامج القطري. في A و B، صاحب يفر وثيقة البرنامج القطري مغمورة تماما في الصف الكاشف ACS بمعهد الإدارة العامة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Representative Results
ويبين الشكل 4 أنماط معدني على نغمة إيجابية البولي ميثيل ميثا اكريلات (مقاومة إزالتها من المناطق المكشوفة بعد التنمية) والبولي ميثيل ميثا اكريلات النغمة السلبية (مقاومة إزالتها من المناطق غير مصورة). ال windows وتتألف من حوالي 30 نانومتر سميكة مقاومة البولي ميثيل ميثا اكريلات للبولي ميثيل ميثا اكريلات نغمة إيجابية (15 نانومتر سميكة للهجة سلبية البولي ميثيل ميثا اكريلات) تدور يلقي بظلال على 5 نانومتر سميكة خطيئةx غشاء. طبقة رقيقة معدنية (10 نانومتر أوبد أكثر من 5 نانومتر Ti) أودع بعد تطوير البولي ميثيل ميثا اكريلات نغمة إيجابية لتعزيز التباين أثناء تصوير الجذعية. للهجة إيجابية البولي ميثيل ميثا اكريلات، ميزة متوسط أصغر معزولة 2.5 ± 0.7 نانومتر (الشكل 4، 4 د)، في حين نمط الملعب أصغر 17.5 شمال البحر الأبيض المتوسط (الشكل 4F). للهجة سلبية البولي ميثيل ميثا اكريلات، ميزة متوسط أصغر معزولة 1.7 ± 0.5 نانومتر (الشكل 4)، في حين نمط الملعب أصغر 10.7 نانومتر (الرقم 4J).
الشكل 4 : تصحيح انحراف الإلكترون شعاع الطباعة الحجرية من الإيجابية والسلبية-نغمة البولي ميثيل ميثا اكريلات. (طبقة رقيقة من 10 نانومتر عابد ما يزيد على 5 نانومتر Ti أودع في لهجة إيجابية جميع أنماط البولي ميثيل ميثا اكريلات سيظهر بهذا الشكل.) (أ) وزارة شؤون المرأة صورة لأنماط التعسفي في لهجة إيجابية البولي ميثيل ميثا اكريلات. (ب) صورة تيم أنماط التعسفي في لهجة سلبية البولي ميثيل ميثا اكريلات. (ج، د) صور SEM أصغر منقوشة ثقوب في لهجة إيجابية البولي ميثيل ميثا اكريلات، مع متوسط حفرة قطرها من 2.5 ± 0.7 نانومتر. (ه، و) صور SEM من صفائف فجوة المعرفة على نغمة إيجابية البولي ميثيل ميثا اكريلات مع درجة 21.5 نانومتر (ه) و 17.5 نانومتر (F). (ز، ح) صور تيم صفائف الدعامة في لهجة سلبية البولي ميثيل ميثا اكريلات مع 20 نانومتر الملعب والدعامة متوسط قطرها 1.7 ± 0.5 نانومتر (ز) و 1.8 ± 0.5 نانومتر (ح). (I, J) صور تيم من لهجة سلبية البولي ميثيل ميثا اكريلات الدعامة صفائف من 15.2 و 10.7 الملعب شمال البحر الأبيض المتوسط، على التوالي. كل مقياس الحانات هي 40 نانومتر. هذا الرقم قد استنسخ من مانفريناتو، V.R.، شتاين، ألف، تشانغ، لام، وحركة عدم الانحياز، جيم-يوسف، ياجير، كغ، Stach، ياصاحبي، والأسود، سيركل "الطباعة الحجرية شعاع الإلكترون أبيرراتيونكوريكتيد" بمقياس الطول نانومتر واحد. ليت نانو- 17 (8)، 4562-4567 (2017). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
يعرض الرقم 5 أنماط المعرفة على مقاومة هسق. تيم الإطار المستخدم للطباعة الحجرية هسق تتألف من حوالي 10 نانومتر سميكة هسق مقاومة تدور يلقي بظلال على غشاء Si سميكة 27 شمال البحر الأبيض المتوسط. بعد أن تم إزالة التعرض ومقاومة التنمية، 3-4 نانومتر Si طبقة رقيقة جداً في مناطق خالية من هسق (مناطق غير مصورة) من الإطار بواسطة الاستقرائي يقترن النقش البلازما (ICP) باستخدام خليط من 50 sccm هبر و 20 sccm Cl2 الغازات عند ضغط الدائرة 10 طن متري (التحيز وبرنامج المقارنات الدولية قوة 60 واط و 250 ث، على التوالي). الشكل 5A يتكون من أربعة صفوف من خطوط عمودية قصيرة. تعرضت صفين مع جرعة خط العلوي صعدت أضعافاً مضاعفة من 2 إلى 120 nC/سم (0 نانومتر مصمم العرض لهذه الخطوط). تعرضت صفين أقل بجرعة منطقة ازدادت أضعافاً مضاعفة من 3000 إلى 60,000 μC/سم2 (5 نانومتر نانومتر واسعة و 200 طويلة تصميم مستطيلات). الشكل 5B يتم صورة أسرع من منطقة مركز الصف السفلي من الشكل 5A. أقصى اليسار اثنين ومركز أربعة، وأربعة خطوط أقصى اليمين تعرضوا بجرعة منطقة من 23,300 و 27,300 و 32,000 μC/سم2، على التوالي. مركز أربعة الخطوط لها عرض قياس متوسط 7 نانومتر.
الشكل 5 : تصحيح انحراف الإلكترون شعاع الطباعة الحجرية لمقاومة هسق. (الإطار تيم المستخدمة في هذا الشكل تم 27 نانومتر-سميكة Si. بعد تطوير هسق، النقش البلازما المقرونة الاستقرائي كان يستخدم لإزالة 3-4 نانومتر من سي من المجالات التي لا تغطيها هسق.) (أ) تعرض الصورة تيم من أربعة صفوف من الخطوط العمودية بجرعات متفاوتة أضعافاً مضاعفة من 2 إلى 120 nC/سم (الصفين العلويين) و 3,000 إلى 60,000 μC/سم2 (أسفل صفين). وكان حجم خطوة شعاع 0.5 نانومتر لكافة بنود. (ب) صورة تيم التكبير عالية للمنطقة الوسطى في الصف السفلي في (أ). لدى الفريق من 4 خطوط في المركز متوسط قياس عرض 7 نانومتر وتعرضوا بجرعة منطقة من 27,300 μC/سم2. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Discussion
وتركز الخطوة الأكثر حسما في البروتوكول شعاع الإلكترون قبل التعرض. وهذا ضروري لتحقيق أعلى دقة الزخرفة. عند القيام بالتعرض لأخطار متعددة (مثلاً عندما يكون شريحة تيم windows متعددة وكل من يجري منقوشة)، من المهم أن تعيد تركيز الحزمة قبل كل التعرض على مسافة من 5 ميكرومترات على أكثر من منطقة التعرض. ويشمل البروتوكول أيضا خطوات للتحقق من التركيز شعاع قبل وبعد التعرض لاثنين من المواقف المتطرفة من منطقة الزخرفة (الزوايا العلوية والسفلية)، التي تسمح تحديد ما إذا كان بعض بديعة وقع خلال الزخرفة، على سبيل المثال نظراً غشاء إمالة يجري محلياً في منطقة الزخرفة.
خطوة هامة أخرى في هذا البروتوكول هو استخدام النقطة الحرجة التجفيف (وثيقة البرنامج القطري) لتجفيف العينات بعد وضع يتعرض مقاومة الأنماط. دون هذه الخطوة، وكثيراً ما أنماط سوف تنهار بسبب ارتفاع نسبة العرض إلى الارتفاع لهياكل منقوشة (أي، على غرار مقاومة الأفقي أبعاد أصغر من السمك). معظم وثيقة البرنامج القطري نظم الإمداد يفر حامل قياسي 2 ". ومع ذلك، منذ تيم رقائق صغيرة جداً وهياكل منقوشة حساسة جداً، أنهم قد يكون معطوباً أثناء عملية وثيقة البرنامج القطري عند وضعه في أصحاب مصممة لعينات أكبر. ويبين الشكل 3 حلاً داخليا لرقائق "وثيقة البرنامج القطري تيم" استخدام حامل يفر قياسية. أرفق رقاقة تيم رقائق اثنين، مع وجود ثقب تمكين التدفق في المركز، وحمايتها من تدفق المضطرب خلال عملية وثيقة البرنامج القطري.
يحاول تحديد سمك الفيلم مقاومة الأمثل لتحقيق التوازن بين الاحتياجات المتنافسة. من ناحية، فإنه ينبغي أن تكون رقيقة قدر الإمكان لتحقيق أعلى دقة وتجنب انهيار نمط، ولكن من ناحية أخرى، ينبغي أن يكون سميكة ما يكفي لنمط نقل التطبيقات مثل انطلاقة والنقش. هذا البروتوكول يستخدم 1% هسق، وهو إضعاف أدنى المتاحة تجارياً ولا ينصح الذين تمييع المزيد في المعمل (لدينا تظهر التجربة أن هسق المخفف يؤدي في الغالب إلى crosslinking الجزئية). بيد المخفف البولي ميثيل ميثا اكريلات تعطي النتائج استنساخه، يستخدم هذا البروتوكول 1% للهجة إيجابية البولي ميثيل ميثا اكريلات (30 نانومتر سمك) و 0.5% و 1% للنبرة السلبية (سمك 15 و 30 نانومتر، على التوالي). وقد وجدنا أن مقاومة البولي ميثيل ميثا اكريلات نغمة إيجابية لا تعاني من انهيار نمط البولي ميثيل ميثا اكريلات لهجة سلبية لا، وبالتالي استخدام سمك أرق للنبرة السلبية كما هو موضح في الجدول 1- وبالإضافة إلى ذلك، قد البولي ميثيل ميثا اكريلات لهجة سلبية فقدان سمك ~ 50% بعد التعرض للشعاع الإلكتروني (وقبل التنمية)، حتى لا يكون سمك النهائي للهجة سلبية البولي ميثيل ميثا اكريلات ~ 7 إلى 15 نانومتر. (ملامح شمال البحر الأبيض المتوسط 1.7 و 1.8 من 4 الشكل يكون حوالي 7 سمك مقاومة شمال البحر الأبيض المتوسط، الذي في حد انهيار نمط). لم تستخدم أنماط البولي ميثيل ميثا اكريلات هو موضح في الشكل 4 خطوة وثيقة البرنامج القطري؛ ومع ذلك، إذا كانت متوفرة، توصي باستخدام وثيقة البرنامج القطري بعد تطوير أنماط البولي ميثيل ميثا اكريلات هذا البروتوكول. وفي المقابل، وجدنا وثيقة البرنامج القطري أن تكون حاسمة بالنسبة لتجهيز هسق يرجع ذلك إلى حقيقة أن لا يمكن أن تضعف كذلك (لتحقيق سمك أرق) ونظرا لأن هناك حاجة أكثر سمكا هسق أنماط استخدامها كقناع النقش (مثلاً، أحفر السليكون كما هو موضح في الشكل 5 ).
أنماط البولي ميثيل ميثا اكريلات نغمة إيجابية في الشكل 4 كانت مغطاة بطبقة رقيقة معدنية لزيادة التباين أثناء التصوير. المعلومات الداعمة في أعمال مانفريناتو et al. 1 يبين أن تأثير هذا الطلاء المعدني في المقاييس الأنماط لا يكاد يذكر. وبالمثل، نرى أن النتائج هو موضح في الشكل 5 لمقاومة هسق لا تعتمد جذريا على اختيار معين من بنية الإطار تيم استناداً إلى سمك الطبقة الرابطة الأساسية رقيقة جداً.
على حد علمنا، هي جميع القياسات الموضحة في قسم النتائج ممثلة للهجة إيجابية وسلبية البولي ميثيل ميثا اكريلات1 (الشكل 4) الميزات أصغر ذكرت في الأدبيات حتى الآن1،7 , 12 , 16 , 17-مانفريناتو وآخرون. 1 أثبتت أيضا نقل النمط الفرعي-5 نانومتر، من المقاومة لمواد مستهدفة، استخدام زنتها المعدنية التقليدية (للهجة إيجابية البولي ميثيل ميثا اكريلات) وتسلل متسلسلة توليف18 من أكسيد الزنك (للهجة سلبية البولي ميثيل ميثا اكريلات). النتائج هو مبين في الشكل 5 هسق ليست أصغر من الإبلاغ عن ميزات7. بيد أن هذا البروتوكول مفيدة للحصول على ميزات استنساخه في هسق في قرارات أفضل من 10 نانومتر، ويوضح الزخرفة ذات الأرقام المفردة من هياكل السليكون.
البروتوكول المعروضة هنا يصف عملية للزخرفة هياكل التعسفي مع رقم واحد نانومتر قرار استخدام تقاوم شعاع الإلكترون التقليدية البولي ميثيل ميثا اكريلات وهسق. بالإضافة إلى ذلك، تبين أن النتائج تظهر هنا وفي الرقم 1 أنه يمكن نقل هذه الأنماط مع الدقة العالية لمادة هدف المفضل.
Disclosures
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
Acknowledgments
هذه البحوث تستخدم موارد المركز "المواد النانوية الوظيفية"، وهي "وزارة الطاقة الأمريكية مكتب للعلم منشأة"، في "مختبر بروكهافن الوطني" تحت "رقم العقد" دي-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. A single-atom transistor. Nature Nanotechnology. 7 (4), 242-246 (2012).
- 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).
