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 ।
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 ।
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 ।
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 ।
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |