אנו משתמשים מתוקן-סטייה סריקה הילוכים מיקרוסקופ אלקטרוני להגדיר דפוסים חד-ספרתיות ננומטר מתנגד נפוץ קרינה שני: פולי (חומצתי) ו silsesquioxane מימן. להתנגד דפוסי ניתן לשכפל אותו בחומרים היעד של בחירה עם נאמנות ננומטר בעלי ספרה אחת באמצעות השיגור, פלזמה תצריב קו, ומתנגדים חדירה על-ידי organometallics.
נדגים הרחבה של קרינה ליתוגרפיה באמצעות קונבנציונאלי יתנגד ומעבד דפוס העברה חד-ספרתיות ננומטר ממדים בהחלת מתוקן-סטייה סריקה הילוכים מיקרוסקופ אלקטרוני ככלי חשיפה. כאן, אנו מציגים את התוצאות של חד-ספרתיות ננומטר המתבנת של שני מתנגד קרינה בשימוש נרחב: פולי (חומצתי) ו silsesquioxane מימן. השיטה משיגה ננומטר sub-5 תכונות בפולי (חומצתי) ואת הרזולוציה sub-10 ננומטר מימן silsesquioxane. אמינות גבוהה העברה של הדפוסים הללו לתוך היעד חומרים הבחירה יכולה להתבצע באמצעות המראה מתכת, פלזמה לחרוט, להתנגד חדירה עם organometallics.
פרוטוקול שהוצגו בכתב יד זה מספק הדרכה להגדרת תבניות עם רזולוציה חד-ספרתיות ננומטר, פוליפוני (חומצתי) (PMMA), מימן silsesquioxane (HSQ), אשר הם שני מתנגד קרינה נפוצות בשימוש . ברזולוציה גבוהה תכנים על ידי קרינה ליתוגרפיה נוכל להשיג את התוצאות הללו באמצעות תיקון סטייה סריקה הילוכים מיקרוסקופ אלקטרוני (גזע) כמו בכלי חשיפה, לבוש עם גנרטור דפוס לשליטה כשקרן האלקטרונים. לאחר החשיפה להתנגד, ניתן להעביר את הדפוסים ננו למגוון של היעד חומרים1, ובכך מאפשר ייצור של מכשירים חדשניים ברזולוציה ננומטר חד-ספרתיות.
מחקרים קודמים הראו כי קרינה ליתוגרפיה (EBL) הוא מסוגל להגדיר תבניות בלהתנגד חומרים עם מידות nm sub-10 גודל2,3,4,5,6. עם זאת, עבור מידות בסביבות 4 nm, הפגנות אלה נדרשים הליכים שאינם סטנדרטיים כגון שימוש לסייע מבנים7 או לונג-חשיפה פעמים לפיתוח עצמי יתנגד8. טכניקות nanopatterning אחרות, כגון קרינה המושרה התצהיר9 או סריקת בדיקה ליתוגרפיה10,11, הוכיחו ולתסכולים ברזולוציה תת-4 nm, למרות אלו דורשים באופן משמעותי פעמים חשיפה ארוכים יותר בהשוואה EBL.
מערכות EBL ייעודי מודרני לייצר קורות אלקטרון עם ספוט גדלים כמה ננומטר אורך בסולם (2-10 ננומטר), מה שהופך את הגדרת תבניות עם רזולוציה sub-10 ננומטר קשה מאוד. לעומת זאת, פרוטוקול שלנו מיישמת EBL באמצעות של גזע סטייה-מתוקן, אשר הוא מכשיר מאוד אופטימיזציה עבור אפיון חומרים-פיסיקליות אנגסטרום. ההבדל הזה מאפשר המתבנת שגרתית של תכונות ליטוגרפית שוברת שיאים עם רזולוציה ננומטר יחידה1. ואילו המדינה-of-the-art, מערכות גזע מסחריות מתוקן אברציה עלה בטווח של מיליוני דולרים, הם זמינים לשימוש מספר מתקני משתמש הלאומית, וחלקם נגיש ללא עלות.
השלב הקריטי ביותר בפרוטוקול היא התמקדות כשקרן האלקטרונים לפני החשיפה. הדבר נחוץ להשיג ברזולוציה הגבוהה ביותר המתבנת. בעת ביצוע חשיפות מרובות (לדוגמה, כאשר שבב TEM כולל חלונות מרובים, כל אחד הוא להיות בדוגמת), חשוב למקד את הקרן לפני כל חשיפה ממרחק של μm 5-ביותר מהאזור חשיפה. הפרוטוקול כוללת גם את הפעולות הבאות כדי לבדוק את מיקוד הקרן לפני ואחרי חשיפה-שתי עמדות קיצוניות של אזור המתבנת (פינות העליון והתחתון), אשר מאפשרת קביעה של אם קצת defocusing אירעה במהלך המתבנת, לדוגמה עקב ממברנה להיות מוטה באופן מקומי באזור המתבנת.
צעד חשוב נוסף של פרוטוקול זה משתמש נקודה קריטית ייבוש (שיקגו) להתייבש דגימות לאחר פיתוח החשופים להתנגד דפוסים. ללא שלב זה, דפוסי תתמוטט לעתים קרובות עקב יחס גבוה של המבנים בדוגמת (קרי, בדוגמת להתנגד לרוחב מידות קטנות יותר בעובי). רוב מערכות רופאות לספק סטנדרט 2″ וופל בעל. עם זאת, כיוון TEM האסימונים הם קטנים מאוד המבנים בדוגמת עדינים למדי, הם עלול להינזק במהלך תהליך רופאות כאשר מחזיקי תוכנן עבור מדגמים גדולים יותר. איור 3 מראה פתרון ללא צורך במיקור חוץ עבור שבבי רופאות של TEM באמצעות בעל תקן וופל. מוצרי קונדיטוריה שני, עם חור המאפשר זרימה במרכז, הקף את השבב TEM, להגן עליו מפני מערבולות זרימה במהלך תהליך רופאות.
קביעת עובי הסרט להתנגד אופטימלית מנסה לאזן בין דרישות מתחרות. מצד אחד, זה צריך להיות דק ככל האפשר כדי להשיג את הרזולוציה הגבוהה ביותר וכדי למנוע התמוטטות דפוס, אך מצד שני, זה צריך להיות מספיק עבה עבור דפוס העברת יישומים כגון ההמראה תחריט. פרוטוקול זה משתמש 1% HSQ, אשר זמינים מסחרית דילול הנמוך, אשר דילול נוסף במעבדה לא מומלץ (מראה שלנו ניסיון כי HSQ מדולל מובילה לעיתים קרובות crosslinking חלקית). עם זאת, מאז PMMA מדולל לתת תוצאות לשחזור, פרוטוקול זה משתמש 1% עבור חיובי-tone PMMA (עובי 30 ננומטר) ו- 0.5%, 1% לצליל שלילי (15 ו 30 ננומטר עובי, בהתאמה). מצאנו להתנגד PMMA הטון החיובי הזה לא סובל התמוטטות דפוס כמו שלילי-tone PMMA, לכן השימוש עובי דק יותר לצליל שלילי כפי שמוצג טבלה 1- בנוסף, שלילי-tone PMMA יש אובדן עובי ~ 50% לאחר חשיפה e-קרן (לפני פיתוח), כך העובי הסופי עבור שלילי-tone PMMA ~ 7-15 ננומטר. (1.7 1.8 nm התכונות של איור 4 יש כ-7 עובי להתנגד ננומטר, שנמצא על גבול התמוטטות דפוס). הדפוסים PMMA המוצג באיור 4 לא השתמש צעד רופאות; עם זאת, אם הוא זמין, פרוטוקול זה ממליצה על השימוש רופאות לאחר פיתוח דפוסי PMMA. לעומת זאת, מצאנו רופאות להיות קריטי עבור HSQ עיבוד בשל העובדה כי זה לא יכול להיות מדולל יותר (כדי להשיג את עובי דק יותר), כי דפוסי HSQ עבה יותר יש צורך להשתמש במסכת איכול (למשל, לחרוט סיליקון כפי שמוצג איור 5 ).
הדפוסים PMMA חיובי-tone באיור 4 היו מצופה בשכבה דקיקה מתכתיים כדי להגדיל את החדות במהלך דימות. המידע לתמוך בעבודה של Manfrinato et al. 1 מראה ההשפעה של זה ציפוי מתכתי על מטרולוגיה הדפוס היא זניחה. בדומה לכך, אנו רואים כי התוצאות המוצגות באיור 5 עבור HSQ להתנגד אינם תלויים באופן דרסטי הבחירה מסוים של מבנה החלון TEM בהתבסס על עובי השכבה שמתחת סי דקים.
לפי מיטב ידיעתנו, כל המדידות המתוארות בסעיף התוצאות נציג עבור חיובי ולא שלילי-הטון PMMA1 (איור 4) הם המאפיינים הקטנים דיווחו בספרות עד כה1,7 , 12 , 16 , 17. Manfrinato et al. 1 הפגין גם תת-5 nm דפוס העברה, מ להתנגד כדי חומר היעד, באמצעות המראה מתכת קונבנציונאלי (עבור חיובי-tone PMMA) ו חדירה רציפים סינתזה18 ZnO (עבור שלילי-tone PMMA). התוצאות המוצג באיור 5 עבור HSQ הן לא הקטן ביותר שדווח תכונות7. עם זאת, פרוטוקול זה שימושי עבור קבלת תכונות לשחזור ב HSQ ברזולוציות יותר מ-10 ננומטר, ומדגים המתבנת חד-ספרתיים של מבנים סיליקון.
פרוטוקול המובאת כאן מתארת תהליך עבור תכנים מבנים שרירותי עם רזולוציה ננומטר ספרה בודדת באמצעות את מתנגד קרינה המקובלת PMMA, HSQ. בנוסף, התוצאות המוצגות כאן, הפניה למעורר 1 מדגימים כי תבניות כאלה ניתן להעביר עם דיוק גבוה חומר המטרה של בחירה.
The authors have nothing to disclose.
מחקר זה משמש משאבים של המרכז ננו פונקציונלי, אשר DOE ארה ב Office של מתקן מדעי, ב כשהמטרה תחת חוזה מס דה-SC0012704.
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 |