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Engineering

एकल अंक नैनोमीटर इलेक्ट्रॉन-बीम एक वाकया के साथ लिथोग्राफी-सही स्कैनिंग संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप

Published: September 14, 2018 doi: 10.3791/58272
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1
1Center for Functional Nanomaterials, Brookhaven National Laboratory

Summary

हम एक वाकया-सही स्कैनिंग संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करने के लिए एकल अंक नैनोमीटर पैटर्न को परिभाषित करने के लिए दो व्यापक रूप से इस्तेमाल किया इलेक्ट्रॉन बीम में विरोध: पाली (मिथाइल methacrylate) और हाइड्रोजन silsesquioxane । पैटर्न का विरोध liftoff, प्लाज्मा नक़्क़ाशी का उपयोग कर एकल अंक नैनोमीटर निष्ठा के साथ पसंद की लक्ष्य सामग्री में दोहराया जा सकता है, और organometallics द्वारा घुसपैठ का विरोध ।

Abstract

हम इलेक्ट्रॉन के विस्तार का प्रदर्शन-बीम लिथोग्राफी एक विचलन को रोजगार द्वारा एक अंक नैनोमीटर आयामों को पारंपरिक विरोध और पैटर्न हस्तांतरण प्रक्रियाओं का उपयोग कर-जोखिम उपकरण के रूप में संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप स्कैनिंग सही । यहां, हम दो व्यापक रूप से इस्तेमाल किया इलेक्ट्रॉन बीम का विरोध करता है के एकल अंक नैनोमीटर पैटर्न के परिणाम प्रस्तुत: पाली (मिथाइल methacrylate) और हाइड्रोजन silsesquioxane । विधि में पॉली (मिथाइल methacrylate) और हाइड्रोजन silsesquioxane में उप-10 नैनोमीटर रेजोल्यूशन के उप-5 नैनोमीटर फीचर्स प्राप्त होते हैं । चुनाव के लक्ष्य सामग्री में इन नमूनों की उच्च निष्ठा हस्तांतरण का उपयोग किया जा सकता है धातु लिफ्ट बंद, प्लाज्मा खोदना, और organometallics के साथ घुसपैठ का विरोध ।

Introduction

इस पांडुलिपि में प्रस्तुत प्रोटोकॉल पाली में एकल अंक नैनोमीटर संकल्प के साथ पैटर्न को परिभाषित करने के लिए मार्गदर्शन प्रदान करता है (मिथाइल methacrylate) (पीएमएमए) और हाइड्रोजन silsesquioxane (HSQ), जो दो आम इलेक्ट्रॉन-बीम में इस्तेमाल किया विरोध कर रहे है इलेक्ट्रॉन द्वारा उच्च संकल्प पैटर्न-बीम लिथोग्राफी । हम एक वाकया का उपयोग कर इन परिणामों को प्राप्त-स्कैनिंग संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (स्टेम) के रूप में जोखिम उपकरण, इलेक्ट्रॉन बीम को नियंत्रित करने के लिए एक पैटर्न जनरेटर के साथ लगाया । जोखिम का विरोध करने के बाद, नेनो पैटर्न लक्ष्य सामग्री1की एक किस्म को हस्तांतरित किया जा सकता है, इस प्रकार एकल अंक नैनोमीटर संकल्प पर उपंयास उपकरणों के निर्माण को सक्षम करने से ।

पिछले अध्ययनों से पता चला है कि इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी (EBL) उप में आयामों के साथ विरोध सामग्री में पैटर्न परिभाषित करने में सक्षम है-10 एनएम स्केल2,3,4,5,6। हालांकि, चारों ओर आयामों के लिए 4 एनएम, इन प्रदर्शनों की आवश्यकता है गैर मानक प्रक्रियाओं की सहायता संरचनाओं के उपयोग के रूप में7 या लंबे समय-जोखिम समय के लिए स्व-विकासशील8विरोध । अंय nanopatterning तकनीक, जैसे इलेक्ट्रॉन-बीम प्रेरित साठा9 या स्कैनिंग जांच लिथोग्राफी10,11, उप-4 एनएम संकल्प को प्राप्त करने में सक्षम साबित किया है, हालांकि इन की आवश्यकता काफी अब EBL की तुलना में जोखिम बार ।

आधुनिक समर्पित EBL प्रणालियों के कुछ नैनोमीटर लंबाई पैमाने (2-10 एनएम) है, जो उप के साथ पैटर्न परिभाषित करता है-10 एनएम संकल्प बहुत मुश्किल में जगह आकार के साथ इलेक्ट्रॉन मुस्कराते हुए उत्पादन । इसके विपरीत, हमारे प्रोटोकॉल एक वाकया सही स्टेम, जो angstrom लंबाई तराजू पर सामग्री लक्षण वर्णन के लिए एक उच्च अनुकूलित साधन है का उपयोग कर EBL लागू करता है । यह अंतर एकल नैनोमीटर समाधान1के साथ रिकॉर्ड-breaking lithographic सुविधाओं के नित्य पैटर्न की अनुमति देता है । जबकि राज्य के अत्याधुनिक, वाणिज्यिक वाकया-करोड़ों डॉलर की सीमा में स्टेम सिस्टम लागत सही, वे कई राष्ट्रीय उपयोगकर्ता सुविधाओं में उपयोग के लिए उपलब्ध हैं, और कुछ लागत के बिना पहुंच रहे हैं ।

Protocol

1. नमूना कोटिंग का विरोध करने के लिए तैयारी

नोट: इस काम में, एकल अंक नैनोमीटर संकल्प के साथ पैटर्न पीएमएमए में परिभाषित कर रहे है (सकारात्मक और नकारात्मक टोन) और HSQ विरोध है, जो स्पिन-व्यावसायिक रूप से उपलब्ध उनि खिड़कियों पर डाली है (लगभग ५० µm x ५० µm) पाप के साथएक्स या सिइओ2 5 एनएम से ५० एनएम से लेकर मोटाई के साथ झिल्ली । एक या अधिक उनि खिड़कियों एक 3 मिमी व्यास सिलिकॉन हैंडलिंग फ्रेम (१०० µm मोटी) में गढ़े हैं । इस पांडुलिपि के दौरान, हम उनि खिड़की के रूप में और इलेक्ट्रॉन बीम पारदर्शी झिल्ली के रूप में पूरी यूनिट को देखें ।

  1. १०० डब्ल्यू (२३० मीट्रिक टन के लगभग 5 sccm ओ2 प्रवाह पर चैंबर दबाव) में 30 एस के लिए प्रदर्शन कर ओ2 प्लाज्मा सफाई से किसी भी जैविक अवशेषों को हटा दें ।
  2. सिलिकॉन वेफर, लगभग 2 सेमी x 2 आकार में सेमी का एक टुकड़ा सट, का विरोध कताई के दौरान उनि चिप के लिए एक धारक के रूप में उपयोग करने के लिए ।
  3. डबल-तरफा कार्बन टेप के दो पट्टियों प्लेस लगभग सिलिकॉन धारक के केंद्र से equidistant और अलग थोड़ा उनि चिप के व्यास से भी कम ( चित्रा 1देखें) । isopropyl शराब (आइपीए) के साथ धारियों कुल्ला करने के लिए अपने चिपकने वाला शक्ति को कम । इस एसआई धारक से हटाने के दौरान नाजुक उनि चिप को तोड़ने से बचने के लिए आवश्यक है ।
  4. माउंट सिलिकॉन धारक पर उनि चिप यकीन है कि यह केवल दो विपरीत किनारों पर कार्बन टेप धारियों से जुड़ा हुआ है के रूप में चित्र 1में दिखाया गया है बना ।

Figure 1
चित्रा 1 : उनि चिप धारक के लिए कताई का विरोध । सूचना है कि उनि चिप सिलिकॉन धारक से जुड़ा हुआ है केवल दो किनारों पर सतह क्षेत्र संपर्क कम है, और इसलिए, आसंजन बल । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

2. पीएमएमए के लिए स्पिन कोट मापदंडों (सकारात्मक और नकारात्मक टोन) और HSQ का विरोध

नोट: यह छोटा है और आम तौर पर प्रतिरोध अन्य पतली परतों पर डाली है (जैसे, सिइओ2 झिल्ली पर Si फिल्म), जो माप पेचीदा है, के बाद से यह मोटाई का विरोध सीधे उनि चिप पर मापा नहीं है । इसके बजाय, मोटाई का विरोध एक थोक एसआई नमूना पर कास्ट फिल्मों से reflectometry माप का उपयोग कर नपे स्पिन गति से निर्धारित किया जाता है. Reflectometry परिणाम पुष्टि थे, आमतौर पर एक परिशुद्धता के साथ बेहतर से 20%, स्टेम ऊपर से नीचे ढह संरचनाओं की छवियों ।

  1. स्पिनर चक पर सिलिकॉन धारक माउंट और लगभग स्पिनर रोटर के केंद्र के साथ उनि विंडो के केंद्र संरेखित करें ।
  2. एक पिपेट का प्रयोग, एक बूंद (पीएमएमए के लगभग ०.०५ मिलीलीटर) के साथ पूरे उनि खिड़की कवर (A2 950K 0.5-1.0%) या anisole (1% ठोस XR-१५४१) को HSQ में पतला पीएमएमए ।
  3. इस्तेमाल किया विरोध पर निर्भर करता है, स्पिन कोटिंग और बेकिंग 1 तालिकामें दिखाया मापदंडों का पालन करें ।
  4. ध्यान रहे कि सिलिकॉन धारक से उनि चिप हटा लें । एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का उपयोग कर उनि खिड़की पर एकरूपता का विरोध निरीक्षण । यदि फ़िल्म झिल्ली के मध्य क्षेत्र में समरूप है, तो अगले चरण पर आगे बढ़ें; अंयथा, एक ताजा उनि खिड़की पर विरोध कोटिंग प्रक्रिया को दोहराने ।
विरोध स्पिन स्पीड
(x g)		 फिल्म
मोटाई
एनएम		 बेकिंग तापमान
(° c)		 पाक समय
मिनट
सकारात्मक-टोन पीएमएमए ६० 30 २००a 2ए
नकारात्मक स्वर पीएमएमए ६० 15 २००a 2ए
HSQ १०७ 10 b की जरूरत नहीं b की जरूरत नहीं
एकरेफरी .12 देखें; bदेखें Ref. 13

तालिका 1: स्पिन कोटिंग और बेकिंग मापदंडों का विरोध । एक्स जी में स्पिन गति इकाइयों एक 3 मिमी व्यास उनि चिप पर विचार करें । बेकिंग पीएमएमए के लिए एक हॉट प्लेट पर किया जाता है । कोई पाक HSQ13के लिए की जरूरत है । HSQ विरोध प्रशीतित संग्रहीत है, तो यह कताई से पहले कमरे के तापमान को गर्म करने की जरूरत है ।

3. स्टेम में लोड नमूना, नक्शा खिड़की निर्देशांक, और उच्च संकल्प ध्यान केंद्रित प्रदर्शन

  1. स्टेम नमूना धारक पर विरोध लेपित उनि चिप माउंट, सुनिश्चित करें कि विरोध-वैक्यूम अंतरफलक आने वाली बीम चेहरे, के बाद से बीम इष्टतम नमूना के शीर्ष पर ध्यान केंद्रित है बना । इसके अलावा, सुनिश्चित करें कि उनि विंडो के पक्ष लगभग x-और स्टेम चरण के y-अक्ष के साथ गठबंधन कर रहे हैं । यह उनि विंडो पर नेविगेट करने की सुविधा होगी ।
    1. माइक्रोस्कोप में उनि चिप लोड, और नमूना चैंबर में दूषित पदार्थों को कम करने के लिए रात भर पंप.
  2. चरण (x, y) निर्देशांक इस तरह कि बीम से अधिक १०० µm है उनि विंडो के केंद्र से दूर (आकस्मिक जोखिम से बचने के लिए). स्टेम जांच बीम वर्तमान और ऊर्जा ३४ फिलीस्तीनी अथॉरिटी और २०० कीव, क्रमशः सेट करें ।
  3. विवर्तन मोड इमेजिंग में (स्थिर बीम, जेड विपरीत मोड और मध्य कोण कुंडलाकार डार्क फील्ड डिटेक्टर), ध्यान से बाहर बीम के साथ 30 kX के लिए आवर्धन सेट, जो यह आसान हो जाता है उनि विंडो के एक किनारे खोजने के लिए ।
    नोट: उनि विंडो किनारों इमेजिंग मोड में भी पाया जा सकता है । क्योंकि यह तेजी से है, क्योंकि बीम एक छवि बनाने के लिए स्कैन करने की आवश्यकता नहीं है हम विवर्तन मोड का उपयोग करें ।
  4. खिड़की के एक किनारे विवर्तन छवि पर मनाया जाता है जब तक उनि खिड़की की ओर नेविगेट । खिड़की के किनारों के साथ नेविगेट और (एक्स, वाई) उनि खिड़की के चार कोनों के निर्देशांक रिकॉर्ड.
  5. पिछले खिड़की के कोने में, ५० kX के लिए आवर्धन वृद्धि और मंच z-समंवय (z-ऊंचाई समायोजन) ले जाकर खिड़की की झिल्ली पर ध्यान केंद्रित कर किसी न किसी तरह विवर्तन पैटर्न अभिविंयास के अंतरराष्ट्रीय मनाया जाता है । बाद में, ठीक उद्देश्य लेंस वर्तमान का समायोजन करके ध्यान केंद्रित प्रदर्शन ।
  6. १८० kX तक आवर्धन बढ़ाएं । चित्रा बीमें दिखाया गया के रूप में खिड़की झिल्ली की एक वाकया-सही विवर्तन छवि को प्राप्त करने के लिए फोकस, stigmation और वाकया सुधार सेटिंग्स समायोजित करें । यह ध्यान केंद्रित विधि Ronchigram विधि14के रूप में जाना जाता है ।

Figure 2
चित्रा 2 : उनि खिड़की झिल्ली की विवर्तन छवि । (क) ध्यान केंद्रित लेकिन stigmatic छवि । इस छवि के लिए वाकया सुधार सेटिंग्स इष्टतम के रूप में बारीकी से अंतरिक्ष विवर्तन किनारे द्वारा सबूत नहीं हैं । (ख) जोखिम के लिए तैयार गैर stigmated एक चिकनी पठार विवर्तन पैटर्न दिखा छवि । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

4. एक विचलन का उपयोग कर पैटर्न बेनकाब-सही एक पैटर्न जनरेटर प्रणाली के साथ सुसज्जित स्टेम ।

नोट: वाकया-सही इस काम में प्रयुक्त स्टेम एक पैटर्न जनरेटर प्रणाली (PGS) है, जो इलेक्ट्रॉन बीम स्थिति कंप्यूटर सहायता प्राप्त डिजाइन (सीएडी) सॉफ्टवेयर का उपयोग परिभाषित पैटर्न बेनकाब नियंत्रण से सुसज्जित है । खुराक जोखिम अंक (चरण आकार) और बिंदु प्रति जोखिम समय के बीच की रिक्ति को परिभाषित करके नियंत्रित किया जाता है । तालिका 2 इस प्रोटोकॉल में उपयोग किए गए एक्सपोज़र पैरामीटर्स को सारांशित करती है । पैटर्न में उनि विंडो के केंद्र में उजागर कर रहे है "सतत मोड," के बाद से इस काम में इस्तेमाल स्टेम एक बीम रिक्त स्थान शामिल नहीं है । इससे पहले और जोखिम के बाद, PGS स्थिति (FOV) के क्षेत्र में किसी भी उपयोगकर्ता-परिभाषित बिंदु पर बीम, अधिमानतः पैटर्न क्षेत्र से दूर । हम इस प्रोटोकॉल में उपयोग प्रारंभिक और अंतिम बीम पदों के रूप में FOV के ऊपर सही और नीचे सही कोनों, क्रमशः ।

विरोध डॉट एक्सपोजर लाइन एक्सपोजर क्षेत्र एक्सपोजर
खुराक
(एफसी डॉट/		 चरण आकार
एनएम		 खुराक
(नेकां/		 चरण आकार
एनएम		 खुराक
(µC/cm2)
सकारात्मक स्वर पीएमएमए 10-100 ०.५ २-८ ०.५ २,०००
निगेटिव टोन पीएमएमए 50-500 ०.५ २०-४० ०.५ 50000 – 80000
HSQ 10-100 ०.५ १० – २० ०.५ 20000 – 30000

तालिका 2: पीएमएमए के लिए एक्सपोज़र पैरामीटर (धनात्मक और ऋणात्मक टोन) और HSQ का विरोध । दिखाए गए मान जेनेरिक हैं, क्योंकि इष्टतम खुराक मान विशिष्ट पैटर्न डिजाइन और लक्षित सुविधा आयामों पर निर्भर करते हैं ।

  1. जब मंच चलती प्रतिरोध के किसी भी आकस्मिक जोखिम से बचने के लिए बीम गेट वाल्व बंद करो । सत्यापित करें कि बीम वर्तमान ३४ pA है और आवर्धन १८० kX है ।
  2. चरण को स्थानांतरित करने के लिए पूर्व-रिकॉर्ड किए गए विंडो कॉर्नर निर्देशांकों का उपयोग करें, ताकि FOV center विंडो के मध्य से 5 µm दूर रहे. बीम गेट वाल्व खोलें और इस बिंदु पर ध्यान केंद्रित Ronchigram विधि का उपयोग कर ३.६ कदम में वर्णित है ।
  3. बीम गेट वाल्व बंद । मंच हटो उनि खिड़की के केंद्र में FOV जगह है । 18 kX के लिए आवर्धन बदलें (एक 5 µm x 5 µm patterning FOV के लिए इसी) । बीम नियंत्रण स्थानांतरण PGS और कहीं दूर पैटर्न क्षेत्र से बीम की स्थिति (हम इस प्रोटोकॉल में शीर्ष दाएं कोने का उपयोग करें) ।
  4. प्रारंभिक और अंतिम बीम पदों पर प्रतिरोध को उजागर करने से बचने के लिए त्वरित उत्तराधिकार में निम्नलिखित कार्रवाइयाँ करें.
    1. गेट वाल्व खोलो और सत्यापित करें, बीम विवर्तन पैटर्न छवि देख कर, चाहे बीम प्रारंभिक बीम की स्थिति में ध्यान में है (के रूप में चित्र बीमें) । पैटर्न का पर्दाफाश ।
    2. जब जोखिम पूरा हो गया है, जांच अगर विवर्तन पैटर्न छवि अंतिम बीम स्थिति में ध्यान में रहता है । अंत में, गेट वाल्व बंद ।
  5. स्टेम से उनि चिप हटा दें ।

5. विरोध विकास और महत्वपूर्ण बिंदु सुखाने

नोट: विकास प्रक्रिया का इस्तेमाल किया विरोध पर निर्भर करता है । चरण ५.१, ५.२, और ५.३ धनात्मक-टोन पीएमएमए, ऋणात्मक-टोन पीएमएमए, और HSQ, क्रमशः के लिए विकासशील प्रक्रिया का वर्णन करें । हालांकि, सभी एक ही अंतिम महत्वपूर्ण बिंदु सुखाने की प्रक्रिया है, जो पैटर्न इस प्रोटोकॉल के साथ गढ़े पैटर्न के उच्च पहलू अनुपात के कारण पतन से बचने के लिए आवश्यक है साझा विरोध । महत्वपूर्ण बिंदु सुखाने (सीपीडी) तरल2 काम तरल पदार्थ के रूप में उपयोग करता है, जो पानी के साथ मिश्रणीय नहीं है । नतीजतन, नमूना निर्जलीकरण (कदम 5.4-5.7) ACS एजेंट ग्रेड isopropyl शराब (आइपीए) के उपयोग की आवश्यकता होती है ।

  1. सकारात्मक टोन के विकास पीएमएमए15: आइपीएल के 3:1 समाधान के साथ एक १००-एमएल चोंच तैयार करें: मिथाइल isobutyl-कीटोंन (MIBK) । 0 डिग्री सेल्सियस पर एक स्नान परिचालित में चोंच प्लेस (0 डिग्री सेल्सियस पर एक बर्फ स्नान एक कम लागत विकल्प है) और इंतजार जब तक तापमान बराबर है । चिमटी की एक जोड़ी के साथ उनि चिप पकड़ो और धीरे से 30 एस के लिए ठंड के समाधान में यह हलचल कदम ५.४ के साथ आगे बढ़ना ।
  2. नकारात्मक टोन पीएमएमए16के विकास: धीरे कमरे के तापमान पर MIBK में उनि चिप हलचल (24 ° c) 2 मिनट के लिए एक एसीटोन समाधान के लिए नमूना हस्तांतरण और 3 मिनट के लिए हलचल. ५.४ चरण के साथ आगे बढ़ें ।
  3. 13HSQ के विकास: एक "नमकीन" जल समाधान में उनि चिप हलचल, 1 wt% NaOH और 4 wt% NaCl युक्त, 24 डिग्री सेल्सियस पर 4 मिनट के लिए । 2 मिनट के लिए शुद्ध जल में चिप हलचल (बंद नमकीन डेवलपर कुल्ला करने के लिए) । चरण ५.४ के साथ आगे बढ़ें ।
  4. ACS एजेंट ग्रेड आइपीएस में उनि चिप डुबकी और धीरे यह 30 एस के लिए हलचल ।
  5. जल्दी से विशेष 2 "सी चित्र 3सी में दिखाया वेफर पर उनि चिप जगह । सुनिश्चित करें कि उनि चिप हस्तांतरण के दौरान हमेशा आइपीएल के साथ गीला है । लगभग 2-3 मिनट के बाद, सीपीडी वेफर धारक विधानसभा के रूप में चित्र बीमें चित्रित बंद । पूरी तरह से आइपीएल में डूबे अतिरिक्त 15 मिनट के लिए ACS एजेंट ग्रेड आइपीए में भिगोने पूरे इकाई छोड़ दें ।
  6. जल्दी ताजा ACS एजेंट ग्रेड आइपीए के साथ एक दूसरे कंटेनर के लिए पूरा सीपीडी वेफर धारक विधानसभा हस्तांतरण और 15 मिनट के लिए यह पूरी तरह से आइपीए में डूबे छोड़ दें ।
  7. सीपीडी साधन प्रक्रिया कक्ष में सीपीडी वेफर धारक विधानसभा स्थानांतरण (हर समय उनि चिप पूरी तरह से आइपीए में डूब जाना चाहिए) । इंस्ट्रूमेंट के ऑपरेटिंग निर्देशों के बाद सीपीडी प्रक्रिया चलाएं ।

Figure 3
चित्रा 3 : में एक सीपीडी मानक 2 में उनि चिप्स के निर्जलीकरण के लिए घर समाधान "वेफर धारक । (एक) एक छोटे से केंद्र में ड्रिल्ड छेद (व्यास में लगभग ५०० माइक्रोन) के साथ एक विशेष 2 "Si वेफर पर उनि चिप के योजनाबद्ध पक्ष को देखने के लिए तरल प्रवाह की अनुमति । वेफर एक सीपीडी मानक 2 "वेफर सीपीडी प्रणाली निर्माता द्वारा आपूर्ति धारक में फिट बैठता है । (ख) एक दूसरे विशेष Si वेफर्स उनि चिप पडते, इस प्रकार सीपीडी प्रक्रिया के दौरान अशांत प्रवाह को कम करने । ए और बी में, सीपीडी वेफर धारक पूरी तरह से ACS रिएजेंट ग्रेड आइपीएस में डूबे हुए है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Representative Results

चित्रा 4 सकारात्मक टोन पीएमएमए पर lithographic पैटर्न से पता चलता है (विकास के बाद उजागर क्षेत्रों से हटा विरोध) और नकारात्मक टोन पीएमएमए (उजागर क्षेत्रों से हटा विरोध) । उनि खिड़कियों के लगभग 30 एनएम मोटी पीएमएमए सकारात्मक टोन पीएमएमए के लिए विरोध (15 मील की मोटी नकारात्मक टोन पीएमएमए के लिए) एक 5 एनएम मोटी पापएक्स झिल्ली पर डाली स्पिन शामिल हैं । एक पतली धातु फिल्म (10 एनएम AuPd ओवर 5 एनएम ती) स्टेम इमेजिंग के दौरान कंट्रास्ट बढ़ाने के लिए सकारात्मक टोन पीएमएमए के विकास के बाद जमा किया गया था । पॉजिटिव-टोन पीएमएमए के लिए, औसत छोटी अलग सुविधा २.५ ± ०.७ एनएम (फिगर 4c, 4d) है, जबकि सबसे छोटी पिच पैटर्न १७.५ एनएम (फिगर 4F) है । ऋणात्मक टोन पीएमएमए के लिए, औसत छोटी अलग सुविधा १.७ ± ०.५ एनएम (फिगर 4g) है, जबकि सबसे छोटी पिच पैटर्न १०.७ एनएम (फिगर 4J) है ।

Figure 4
चित्र 4 : वाकया-सुधरा इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी पॉजिटिव-और नेगेटिव-टोन पीएमएमए । (5 एनएम से अधिक AuPd 10 एनएम की एक पतली फिल्म इस आंकड़े में दिखाए गए सभी सकारात्मक-टोन पीएमएमए पैटर्न पर जमा किया गया था.) (एक) सकारात्मक टोन पीएमएमए में मनमाना पैटर्न के SEM छवि । (ख) नकारात्मक टोन पीएमएमए में मनमाना पैटर्न के उनि छवि । (सी, डी) २.५ ± ०.७ एनएम के औसत छेद व्यास के साथ सकारात्मक टोन पीएमएमए में छोटी नमूनों छेद के SEM छवियों, । (ङ, च) २१.५ एनएम (ई) और १७.५ एनएम (एफ) की पिच के साथ सकारात्मक टोन पीएमएमए पर परिभाषित छेद arrays के SEM छवियां । (छ, ज) 20 एनएम पिच के साथ नकारात्मक टोन पीएमएमए में स्तंभ arrays के उनि छवियों और औसत स्तंभ व्यास के साथ १.७ ± ०.५ एनएम (जी) और १.८ ± ०.५ एनएम (एच) । (I, J) १५.२ और १०.७ एनएम पिच के नकारात्मक टोन पीएमएमए स्तंभ arrays के उनि छवियों, क्रमशः । सभी पैमाने सलाखों के ४० एनएम हैं । यह आंकड़ा Manfrinato, V.R., स्टीन, ए., झांग, एल, नां, सी.-वाय., Yager, K.G., Stach, ई. ए., और काले, C.T. वाकया-सही इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी से एक नैनोमीटर लंबाई पैमाने पर reproduced किया गया है । नैनो लेट् । 17 (8), 4562-4567 (२०१७). कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

चित्रा 5 HSQ विरोध पर परिभाषित पैटर्न प्रदर्शित करता है । HSQ लिथोग्राफी के लिए इस्तेमाल किया उनि खिड़की लगभग 10 एनएम मोटी HSQ के शामिल एक 27 एनएम मोटी Si झिल्ली पर स्पिन कास्ट का विरोध । प्रदर्शन के बाद और विकास का विरोध, HSQ में अल्ट्रा-पतली एसआई परत के 3-4 एनएम-मुक्त क्षेत्रों (unexposeded क्षेत्रों विंडो के) आगमनात्मक प्लाज्मा (आईसीपी) एक चैंबर के दबाव में ५० sccm HBr और 20 sccm सीएल2 गैसों का एक मिश्रण का उपयोग कर नक़्क़ाशी द्वारा हटा दिया गया 10 मीट्रिक टन (पूर्वाग्रह और आईसीपी शक्ति ६० डब्ल्यू और २५० डब्ल्यू, क्रमशः) । चित्रा 5 छोटी ऊर्ध्वाधर लाइनों की चार पंक्तियों के होते हैं । ऊपरी दो पंक्तियों के एक पंक्ति खुराक के साथ उजागर किया गया तेजी से 2 से १२० नेकां/सेमी (इन लाइनों के लिए 0 एनएम डिजाइन चौड़ाई) । कम दो पंक्तियों के एक क्षेत्र खुराक के साथ उजागर किया गया तेजी से ३,००० से ६०,००० μC/cm2 (5 एनएम चौड़ा और २०० एनएम लंबे समय डिजाइन आयतों) से कदम रखा । चित्रा 5B चित्रा 5में नीचे पंक्ति के केंद्र क्षेत्र की एक छवि बढ़ी है । दो सबसे बाएं, चार केंद्र, और चार rightmost लाइनें २३,३००, २७,३००, और ३२,००० μC/सेमी2, क्रमशः के एक क्षेत्र की खुराक के साथ उजागर किया गया । चार केंद्र लाइनों 7 एनएम की एक औसत मापा चौड़ाई है ।

Figure 5
चित्रा 5 : वाकया-सही HSQ का इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी विरोध. (इस आंकड़े में प्रयुक्त उनि विंडो 27 एनएम-मोटी एसआई का बना हुआ था । HSQ विकास के बाद, आगमनात्मक प्लाज्मा नक़्क़ाशी HSQ द्वारा कवर नहीं क्षेत्रों से एसआई के 3-4 एनएम को दूर करने के लिए इस्तेमाल किया गया था.) (एक) के साथ खड़ी लाइनों की चार पंक्तियों की उनि छवि तेजी से अलग खुराक से अवगत कराया 2 करने के लिए १२० नेकां/सेमी (शीर्ष दो पंक्तियों) और ३,००० ६०,००० μC/सेमी2 (नीचे दो पंक्तियों) । बीम चरण आकार सभी लाइनों के लिए ०.५ एनएम था । (ख) (क) में निचली पंक्ति के मध्य क्षेत्र की उच्च आवर्धन उनि छवि. केंद्र में 4 लाइनों के समूह 7 एनएम के एक औसत मापा चौड़ाई है और २७,३०० μC/cm2की एक क्षेत्र की खुराक के साथ उजागर किया गया । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Discussion

प्रोटोकॉल में सबसे महत्वपूर्ण कदम प्रदर्शन से पहले इलेक्ट्रॉन बीम ध्यान केंद्रित कर रहा है । यह उच्चतम संकल्प पैटर्न प्राप्त करने के लिए आवश्यक है । जब कई जोखिम प्रदर्शन (जैसे, जब एक उनि चिप एकाधिक खिड़कियां है और प्रत्येक नमूनों किया जा रहा है), यह जोखिम क्षेत्र से सबसे अधिक 5 माइक्रोन की दूरी पर एक जोखिम से पहले बीम refocus महत्वपूर्ण है । प्रोटोकॉल भी कदम से पहले और पैटर्न क्षेत्र (ऊपर और नीचे कोनों) के दो चरम पदों पर जोखिम के बाद बीम ध्यान देने की जांच शामिल है, जो कि कुछ ध्यान केंद्रित पैटर्न के दौरान हुई, उदाहरण के लिए एक के कारण के एक दृढ़ संकल्प की अनुमति देता है झिल्ली स्थानीय रूप से पैटर्न क्षेत्र में झुका जा रहा है ।

इस प्रोटोकॉल में एक और महत्वपूर्ण कदम महत्वपूर्ण बिंदु सुखाने का उपयोग कर रहा है (सीपीडी) सूखे नमूनों को उजागर विरोध पैटर्न विकसित करने के बाद । इस कदम के बिना, पैटर्न अक्सर पैटर्न संरचनाओं के उच्च पहलू अनुपात की वजह से गिर जाएगा (यानी, पैटर्न पार्श्व आयाम मोटाई से छोटे विरोध) । अधिकांश सीपीडी सिस्टम एक मानक 2 "वेफर धारक की आपूर्ति । हालांकि, के बाद से उनि चिप्स बहुत छोटे है और नमूनों संरचनाओं काफी नाजुक हैं, वे सीपीडी प्रक्रिया के दौरान क्षतिग्रस्त हो सकता है जब बड़े नमूनों के लिए डिजाइन धारकों में रखा । चित्रा 3 एक मानक वेफर धारक का उपयोग कर उनि चिप्स के सीपीडी के लिए एक घर में समाधान से पता चलता है । दो वेफर्स, एक प्रवाह के साथ केंद्र में छेद को सक्षम करने, उनि चिप संलग्न है और यह सीपीडी प्रक्रिया के दौरान अशांत प्रवाह से बचाने के लिए ।

इष्टतम विरोध फिल्म मोटाई का निर्धारण करने के लिए प्रतिस्पर्धा आवश्यकताओं संतुलन की कोशिश करता है । एक तरफ, यह उच्चतम संकल्प को प्राप्त करने के लिए और पैटर्न पतन से बचने के लिए संभव के रूप में पतली होना चाहिए, लेकिन दूसरी ओर, यह ऐसे लिफ्ट के रूप में पैटर्न हस्तांतरण अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त मोटी होना चाहिए बंद और नक़्क़ाशी । यह प्रोटोकॉल 1% HSQ का उपयोग करता है, जो सबसे कम व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है और जिनकी प्रयोगशाला में आगे कमजोर पड़ने की सिफारिश नहीं है (हमारे अनुभव से पता चलता है कि पतला HSQ अक्सर आंशिक crosslinking की ओर जाता है) । हालांकि, के बाद से पतला पीएमएमए reproducible परिणाम देता है, इस प्रोटोकॉल सकारात्मक टोन पीएमएमए के लिए 1% का उपयोग करता है (30 एनएम मोटाई) और ०.५% और नकारात्मक टोन के लिए 1% (15 और 30 एनएम मोटाई, क्रमशः) । हमने पाया है कि सकारात्मक टोन पीएमएमए नकारात्मक टोन पीएमएमए के रूप में पैटर्न ढहने से पीड़ित नहीं करता है, इस प्रकार 1 तालिका में दिखाया के रूप में नकारात्मक टोन के लिए पतले मोटाई का उपयोग करें । इसके अलावा, नकारात्मक टोन पीएमएमए ई-बीम जोखिम के बाद ~ ५०% मोटाई हानि है (और विकास से पहले), तो नकारात्मक टोन पीएमएमए के लिए अंतिम मोटाई ~ 7 से 15 एनएम है । ( चित्रा 4 से १.७ और १.८ एनएम सुविधाओं के बारे में 7 एनएम मोटाई का विरोध है, जो पैटर्न ढहने की सीमा पर है.) चित्रा 4 में दिखाया पीएमएमए पैटर्न एक सीपीडी कदम का उपयोग नहीं किया; हालांकि, अगर उपलब्ध है, इस प्रोटोकॉल पीएमएमए पैटर्न के विकास के बाद सीपीडी के उपयोग की सिफारिश की । इसके विपरीत, हम HSQ तथ्य यह है कि यह आगे (पतले मोटाई प्राप्त करने के लिए) और पतला नहीं किया जा सकता है के कारण प्रसंस्करण के लिए महत्वपूर्ण हो सीपीडी पाया क्योंकि मोटा HSQ पैटर्न के लिए एक नक़्क़ाशी मुखौटा के रूप में उपयोग की जरूरत है (जैसे, 5 चित्रा में दिखाया के रूप में सिलिकॉन खोदना करने के लिए ).

4 चित्रा में सकारात्मक टोन पीएमएमए पैटर्न एक पतली धातु फिल्म के साथ लेपित के लिए इमेजिंग के दौरान विपरीत वृद्धि हुई थी । Manfrinato एट अलके काम में सहायक जानकारी । 1 से पता चलता है कि पैटर्न के मैट्रोलोजी पर इस धातु कोटिंग के प्रभाव नगण्य है । इसी तरह, हम मानते है कि परिणाम HSQ विरोध के लिए चित्रा 5 में दिखाया गया है बहुत ही अंतर्निहित Si परत की अल्ट्रा पतली मोटाई के आधार पर उनि खिड़की संरचना के विशेष विकल्प पर निर्भर नहीं है ।

हमारे ज्ञान का सबसे अच्छा करने के लिए, सकारात्मक-और नकारात्मक टोन पीएमएमए1 (चित्रा 4) के लिए प्रतिनिधि परिणाम अनुभाग में वर्णित सभी माप1,7 तारीख को साहित्य में रिपोर्ट की छोटी विशेषताएं हैं , 12 , 16 , 17. Manfrinato एट अल. 1 भी प्रदर्शन किया उप 5 एनएम पैटर्न स्थानांतरण, एक लक्ष्य सामग्री के लिए विरोध से, पारंपरिक धातु लिफ्ट का उपयोग बंद (सकारात्मक टोन पीएमएमए के लिए) और अनुक्रमिक घुसपैठ संश्लेषण18 जिंग की (नकारात्मक टोन पीएमएमए के लिए) । HSQ के लिए चित्रा 5 में दिखाए गए परिणामों के सबसे छोटे रिपोर्ट7सुविधाएं नहीं हैं । हालांकि, इस प्रोटोकॉल से बेहतर 10 एनएम प्रस्तावों पर HSQ में reproducible सुविधाओं को प्राप्त करने के लिए उपयोगी है, और एक सिलिकॉन संरचनाओं के अंक patterning दर्शाता है ।

यहां प्रस्तुत प्रोटोकॉल पारंपरिक इलेक्ट्रॉन का उपयोग कर एकल अंक नैनोमीटर संकल्प के साथ मनमाना संरचनाओं पैटर्न के लिए एक प्रक्रिया का वर्णन-बीम पीएमएमए और HSQ के लिए विरोध करता है । इसके अतिरिक्त, परिणाम यहां और Ref .1 में दिखाया गया है कि इस तरह के पैटर्न पसंद का एक लक्ष्य सामग्री के लिए उच्च निष्ठा के साथ स्थानांतरित किया जा सकता है ।

Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस अनुसंधान कार्यात्मक मैटीरियल्स के लिए केंद्र के संसाधनों का इस्तेमाल किया, जो एक अमेरिकी डो विज्ञान सुविधा के कार्यालय, Brookhaven राष्ट्रीय प्रयोगशाला में अनुबंध के तहत नहीं है । 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

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References

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Camino, F. E., Manfrinato, V. R., Stein, A., Zhang, L., Lu, M., Stach, E. A., Black, C. T. Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope. J. Vis. Exp. (139), e58272, doi:10.3791/58272 (2018).

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