Name: single-digit nanometer electron-beam lithography with an aberration-corrected scanning transmission electron microscope
Uploaded: 2018-09-14T14:30:00
Duration: 10 min 25 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope at JoVE.com

هذه البحوث تستخدم موارد المركز "المواد النانوية الوظيفية"، وهي "وزارة الطاقة الأمريكية مكتب للعلم منشأة"، في "مختبر بروكهافن الوطني" تحت "رقم العقد" دي-SC0012704.

<ol>
	<li>Manfrinato, V. R., Stein, A., Zhang, L., Nam, C. Y., Yager, K. G., Stach, E. A., Black, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aberration-Corrected+Electron+Beam+Lithography+at+the+One+Nanometer+Length+Scale.">Aberration-Corrected Electron Beam Lithography at the One Nanometer Length Scale.</a> Nano Letters. 17 (8), 4562-4567 (2017).</li><li>Chen, W., Ahmed, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+5-7+nm+wide+etched+lines+in+silicon+using+100+keV+electron-beam+lithography+and+polymethylmethacrylate+resist.">Fabrication of 5-7 nm wide etched lines in silicon using 100 keV electron-beam lithography and polymethylmethacrylate resist.</a> Applied Physics Letters. 62 (13), 1499-1501 (1993).</li><li>Vieu, C., Carcenac, F., Pepin, A., Chen, Y., Mejias, M., Lebib, A., Manin-Ferlazzo, L., Couraud, L., Launois, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+beam+lithography:+resolution+limits+and+applications.">Electron beam lithography: resolution limits and applications.</a> Applied Surface Science. 164, 111-117 (2000).</li><li>Hu, W., Sarveswaran, K., Lieberman, M., Bernsteina, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sub-10+nm+electron+beam+lithography+using+cold+development+of+poly(methylmethacrylate).">Sub-10 nm electron beam lithography using cold development of poly(methylmethacrylate).</a> Journal of Vacuum Science &amp; Technology B. 22 (4), 1711-1716 (2004).</li><li>Chen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanofabrication+by+electron+beam+lithography+and+its+applications:+A+review.">Nanofabrication by electron beam lithography and its applications: A review.</a> Microelectronic Engineering. 135, 57-72 (2015).</li><li>Jiang, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+spatial+resolution+limit+of+direct-write+electron+beam+lithography.">On the spatial resolution limit of direct-write electron beam lithography.</a> Microelectronic Engineering. 168, 41-44 (2017).</li><li>Manfrinato, V. R., Zhang, L., Su, D., Duan, H., Hobbs, R. G., Stach, E. A., Berggren, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resolution+Limits+of+Electron-Beam+Lithography+toward+the+Atomic+Scale.">Resolution Limits of Electron-Beam Lithography toward the Atomic Scale.</a> Nano Letters. 13 (4), 1555-1558 (2013).</li><li>Isaacson, M., Muray, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+vaporization+of+very+low+molecular+weight+resists+using+1/2+nm+diameter+electron+beams.">In situ vaporization of very low molecular weight resists using 1/2 nm diameter electron beams.</a> Journal of Vacuum Science &amp; Technology B. 19 (4), 1117-1120 (1981).</li><li>van Dorp, W. F., van Someren, B., Hagen, C. W., Kruit, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Approaching+the+Resolution+Limit+of+Nanometer-Scale+Electron+Beam-Induced+Deposition.">Approaching the Resolution Limit of Nanometer-Scale Electron Beam-Induced Deposition.</a> Nano Letters. 5 (7), 1303-1307 (2005).</li><li>Fuechsle, M., Miwa, J. A., Mahapatra, S., Ryu, H., Lee, S., Warschkow, O., Hollenberg, L. C. L., Klimeck, G., Simmons, M. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+single-atom+transistor.">A single-atom transistor.</a> Nature Nanotechnology. 7 (4), 242-246 (2012).</li><li>Randall, J. N., Lyding, J. W., Schmucker, S., Von Ehr, J. R., Ballard, J., Saini, R., Xu, H., Ding, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+precision+lithography+on+Si.">Atomic precision lithography on Si.</a> Journal of Vacuum Science &amp; Technology B. 27 (6), 2764-2768 (2009).</li><li>Arjmandi, N., Lagae, L., Borghs, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+resolution+of+poly(methyl+methacrylate)+electron+resist+by+thermal+processing.">Enhanced resolution of poly(methyl methacrylate) electron resist by thermal processing.</a> Journal of Vacuum Science &amp; Technology B. 27 (4), 1915-1918 (2009).</li><li>Yang, J. K. W., Berggren, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+high-contrast+salty+development+of+hydrogen+silsesquioxane+for+sub-10-nm+half-pitch+lithography.">Using high-contrast salty development of hydrogen silsesquioxane for sub-10-nm half-pitch lithography.</a> Journal of Vacuum Science &amp; Technology B. 25 (6), 2025-2029 (2007).</li><li>Lin, J. A., Cowley, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calibration+of+the+operating+parameters+for+an+HB5+STEM+instrument.">Calibration of the operating parameters for an HB5 STEM instrument.</a> Ultramicroscopy. 19 (1), 31-42 (1986).</li><li>Cord, B., Lutkenhaus, J., Berggren, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimal+temperature+for+development+of+poly(methylmethacrylate).">Optimal temperature for development of poly(methylmethacrylate).</a> Journal of Vacuum Science &amp; Technology B. 25 (6), 2013-2016 (2007).</li><li>Duan, H. G., Winston, D., Yang, J. K. W., Cord, B. M., Manfrinato, V. R., Berggren, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sub-10-nm+half-pitch+electron-beam+lithography+by+using+poly(methyl+methacrylate)+as+a+negative+resist.">Sub-10-nm half-pitch electron-beam lithography by using poly(methyl methacrylate) as a negative resist.</a> Journal of Vacuum Science &amp; Technology B. 28 (6), C6C58-C6C62 (2010).</li><li>Dial, O., Cheng, C. C., Scherer, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+high-density+nanostructures+by+electron+beam+lithography.">Fabrication of high-density nanostructures by electron beam lithography.</a> Journal of Vacuum Science &amp; Technology B. 16 (6), 3887-3890 (1998).</li><li>Kamcev, J., Germack, D. S., Nykypanchuk, D., Grubbs, R. B., Nam, C. Y., Black, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemically+Enhancing+Block+Copolymers+for+Block-Selective+Synthesis+of+Self-Assembled+Metal+Oxide+Nanostructures.">Chemically Enhancing Block Copolymers for Block-Selective Synthesis of Self-Assembled Metal Oxide Nanostructures.</a> ACS Nano. 7 (1), 339-346 (2013).</li></ol>

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

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.

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.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Plasma asher</td>
			<td>Plasma Etch</td>
			<td>PE-75</td>
			<td>Located in class 100 cleanroom</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon Nitride 5 nm thick TEM Windows (9 SMALL Windows)&#160;</td>
			<td>TEM windows.com</td>
			<td>SN100-A05Q33A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TEM chip holder for resist coating</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Home made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>27 nm thick c-Si TEM Windows</td>
			<td>TEMwindows.com</td>
			<td></td>
			<td>Custom order</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A2 950K PMMA diluted in anisole to 0.5-1.0% by weight</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td>M230002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HSQ (1% solids XR-1541) e-beam resist in MIBK</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td>XR-1541-001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spinner</td>
			<td>Reynolds Tech</td>
			<td>ReynoldsTech Flo-Spin system</td>
			<td>Located in class 100 cleanroom</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot plate</td>
			<td>Brewer Science</td>
			<td>CEE 1300X</td>
			<td>Located in class 100 cleanroom</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectral reflectometer</td>
			<td>Filmetrics</td>
			<td>F20</td>
			<td>Located in class 1000 cleanroom</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bath circulator</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>Neslab RTE 740</td>
			<td>Located in class 100 cleanroom</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical microscope</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>Eclipse L200N</td>
			<td>Located in class 1000 cleanroom</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MIBK/IPA 1:3 developer</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td>M089025&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>221465</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>31434</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl Alcohol, ACS Reagent Grade</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>MK303202</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TEM chip holder for critical point drying</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Home made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Critical point drying system</td>
			<td>Tousimis</td>
			<td>Autosamdri-815B, Series C</td>
			<td>Located in class 100 cleanroom</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aberration-corrected STEM</td>
			<td>Hitachi</td>
			<td>HD 2700C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pattern generation system</td>
			<td>JC Nabity Lithography Systems</td>
			<td>NPGS v9&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning Electron Microscope (SEM)</td>
			<td>Hitachi</td>
			<td>S-4800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reactive ion etcher</td>
			<td>Oxford Instruments</td>
			<td>Plasmalab 100&#160;</td>
			<td>Located in class 1000 cleanroom</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

single-digit nanometer electron-beam lithography with an aberration-corrected scanning transmission electron microscope

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.

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).
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58272/58272fig4.jpg"> 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). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58272/58272fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
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.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58272/58272fig5.jpg"> 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. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58272/58272fig5large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>

Watch this Scientific Journal Video about Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope at JoVE.com

Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope

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.

الطباعة الحجرية شعاع الإلكترون نانومتر ذات الأرقام المفردة مع مجهر إلكتروني انتقال المسح ضوئي لتصحيح الانحراف

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by ...

يوفر هذا البروتوكول إرشادات لتحديد الأنماط ذات دقة نانومتر أحادية الرقم في شعاعين إلكترونيين شائعين يقاومان استخدام المجهر الإلكتروني للمسح الضوئي أو STEM كأداة للتعرض. استخدام STEM تصحيح الانحراف في هذا البروتوكول يسمح نمط روتيني من الميزات الحجرية مع دقة نانومتر واحد. في حين أن أدوات متخصصة جدا ومكلفة ، وهذه الأدوات متاحة في بعض الأحيان للاستخدام دون تكلفة.يمكن استخدام التقنيات الموضحة في هذا البروتوكول لنقل نمط النانومترية إلى مجموعة متنوعة من المواد. وهكذا، تمكين تصنيع الأجهزة الجديدة في قرار نانومتر أحادي الرقم. وسوف يكون التظاهر نا لي، وهو طالب يعمل في مركز المواد النانوية الوظيفية.لبدء مكان شرائط اثنين من الشريط الكربوني على الوجهين تقريبا على قدم متساوية من مركز حامل السيليكون وفصل أقل قليلا من قطر رقاقة TEM. شطف الشرائط مع الكحول ايزوبروبيل للحد من قوتها لاصقة وتجنب كسر رقاقة TEM الحساسة أثناء الإزالة من حامل السيليكون. قم بتركيب شريحة TEM على حامل السيليكون مع التأكد من أنها متصلة بشرائط شريط الكربون فقط عند حواف نقيضتين.لتدور معطف مقاومة HSQ، جبل حامل السيليكون على تشاك الدوار ومحاذاة مركز نافذة TEM تقريبا مع مركز الدوار الدوار. باستخدام الأنابيب، تغطية كامل نافذة TEM مع قطرة واحدة من HSQ. اعتمادا على مقاومة المستخدمة اتبع طلاء تدور والمعلمات الخبز هو مبين في بروتوكول النص.بعد طلاء الدوران، قم بإزالة رقاقة TEM بعناية من حامل السيليكون. فحص مقاومة التوحيد على نافذة TEM باستخدام المجهر البصري. إذا كان الفيلم متجانساً عبر المنطقة الوسطى من الغشاء كما هو مبين هنا، انتقل إلى الخطوة التالية.خلاف ذلك، كرر عملية طلاء مقاومة على نافذة TEM جديدة. قم بتركيب رقاقة TEM المغلفة على حامل عينة STEM. تأكد من أن واجهة المقاومة فراغ يواجه شعاع واردة.منذ يتم التركيز على النحو الأمثل شعاع في الجزء العلوي من العينة. أيضا، تأكد من أن يتم محاذاة الجانبين من نافذة TEM تقريبا مع محور س و ص من مرحلة STEM. وهذا سيسهل التنقل إلى إطار TEM.الآن، تحميل رقاقة TEM في المجهر والضخ بين عشية وضحاها للحد من التلوث في غرفة العينة. في اليوم التالي، نقل المرحلة الإحداثيات بحيث شعاع هو أكثر من 100 ميكرون بعيدا عن وسط نافذة TEM لتجنب التعرض العرضي. تعيين شعاع المسبار الجذعية الحالية إلى 34 picoamps والطاقة شعاع إلى 200 كيلو إلكترونفولت.في هذا المجهر تيار انبعاث من خمسة microamps يعادل شعاع التحقيق الحالي من 34 picoamps. في وضع الانعراج التصوير، تعيين التكبير إلى 30،000 مرة مع شعاع من التركيز. مما يجعل من السهل العثور على حافة نافذة TEM.يتميز وضع الحيود بشعاع ثابت ووضع التباين z و كاشف حقل مباشر الزاوي في منتصف الزاوية. نحن نستخدم وضع الحيود لأنه أسرع. منذ شعاع لا تحتاج إلى أن يتم مسحها ضوئيا لتشكيل أي صورة.انتقل نحو إطار TEM حتى يتم ملاحظة حافة النافذة على صورة الحيود. ثم انتقل على طول حواف النافذة وسجل إحداثيات س و ص من الزوايا الأربعة من إطار TEM. في هذا التمرين يتم عرض الإحداثيات المسجلة لكل نافذة في هذه الشريحة.في آخر زاوية نافذة زيادة التكبير إلى 50، 000 مرة، وتنفيذ الخام التركيز على غشاء النافذة عن طريق تحريك المرحلة z الإحداثيات حتى يتم ملاحظة كروس اتجاه نمط الانعراج. في وقت لاحق ، أداء غرامة التركيز عن طريق ضبط عدسة الهدف الحالي. الآن، زيادة الصهارة إلى 180، 000 مرة.ضبط التركيز، وصمة العار، وضبط انحراف التصحيح من أجل الحصول على صورة الانحراج تصحيح انحراف من غشاء النافذة. يُعرف أسلوب التركيز هذا باسم الأسلوب Ronchigram. إغلاق صمام بوابة شعاع لتجنب أي التعرض العرضي للمقاومة عند تحريك المرحلة.تحقق من أن تيار الحزم هو 34 picoamps والتكبير هو 180، 000 مرة. استخدم إحداثيات زاوية النافذة المسجلة مسبقًا لنقل المرحلة بحيث يكون مركز مجال الرؤية على بعد 5 ميكرونات من وسط النافذة. في هذا التمرين، يتم تمثيل هذا الموضع بالنقطة A في الشريحة.افتح صمام بوابة الحزمة وركز على هذه النقطة باستخدام طريقة Ronchigram. بعد ذلك، أغلق صمام بوابة الشعاع. نقل المرحلة لوضع مجال الرؤية في وسط إطار TEM.تغيير التكبير إلى 18,000 مرات. الآن، نقل عنصر التحكم شعاع إلى نمط نظام مولد من خلال النقر على الأمر NPGS من نمط واجهة المستخدم مولد ووضع شعاع في أي مكان بعيدا عن منطقة نمط. هنا، يتم استخدام الزاوية اليمنى العليا، والتي يتم تحقيقها مع لجنة المساعدة الإنمائية زائد 10 زائد 10 الأمر.النقر على عملية تشغيل ملف الأمر يحدد النظام جاهزة للتعرض الذي يحدث عندما شريط الفضاء من الكمبيوتر مولد نمط هو الاكتئاب ولكن لا تضغط عليه حتى الآن. من المهم للغاية تنفيذ الإجراءات التالية في تتابع سريع لتجنب الإفراط في عرض المقاومة في مواقع الحزم الأولية والنهائية. افتح صمام البوابة ثم تحقق من خلال مراقبة صورة نمط حيود الحزمة.ما إذا كان الشعاع في التركيز في موضع الحزمة الأولية. كشف النمط. عند اكتمال التعرض.تحقق مما إذا كانت صورة نمط الانعراج تظل في بؤرة التركيز في موضع الحزمة النهائية. وأخيرا، أغلق صمام البوابة وإزالة رقاقة TEM من STEM. لتطوير HSQ، حرك رقاقة TEM في محلول المياه الأيونية المالحة التي تحتوي على 1٪ من وزن هيدروكسيد الصوديوم و 4٪ من كلوريد الصوديوم الوزن لمدة أربع دقائق في 24 درجة مئوية.ثم يحرك رقاقة في المياه ديونيه نقية لمدة دقيقتين لشطف المطور المالحة. تراجع رقاقة TEM في ACS الكاشف الصف IPA وتحريك بلطف لمدة 30 ثانية. ضع بسرعة رقاقة TEM على رقاقة سيليكون خاصة بوصتين بوصة.تأكد من أن شريحة TEM دائماً مبتلة مع IPA أثناء النقل. بعد حوالي دقيقتين إلى ثلاث دقائق، أغلق نقطة حرجة تجفيف أو CPD رقاقة رقاقة تجميع كما رسم تخطيطي في بروتوكول النص. اترك الوحدة بأكملها تمرغ في ACS الكاشف من الدرجة IPA لمدة 15 دقيقة إضافية مغمورة تمامًا في IPA.نقل بسرعة كاملة مجموعة حامل رقاقة CPD إلى حاوية ثانية مع ACS جديدة كاشف الصف IPA وتركها لمدة 15 دقيقة إضافية مغمورة تماما في IPA. الآن نقل مجمع حامل رقاقة CPD إلى غرفة عملية صك CPD. في جميع الأوقات يجب أن تكون مغمورة تماما رقاقة TEM في IPA.تشغيل عملية CPD باتباع تعليمات التشغيل الأداة. بعد التعرض وHSQ مقاومة التنمية، تمت إزالة ثلاثة إلى أربعة نانومتر من طبقة السيليكون رقيقة جدا في طبقة غير مكشوفة من النافذة عن طريق النقش البلازما الاستقرائي مقرونة. مراقبة تفاصيل المنطقة الوسطى من HSQ مقاومة.يكشف أن الخطوط الأربعة لديها متوسط عرض مقاس من سبعة نانومتر. يتم عرض الصور المجهرية الكهربائية المسح الضوئي من أصغر ثقوب نمط وPMMA لهجة إيجابية هنا. متوسط أصغر ميزة معزولة هو 2.5 زائد أو ناقص 0.7 نانومتر.في حين أن أصغر نمط الملعب هو 17.5 نانومتر. شريط مقياس أصفر هو 40 نانومتر. تظهر هنا نتائج النبرة السلبية PMMA.متوسط أصغر ميزة معزولة هو 1.7 زائد أو ناقص 0.5 نانومتر. في حين أن أصغر نمط الملعب هو 10.7 نانومتر. مرة أخرى، شريط مقياس أصفر هو 40 نانومتر.يصف هذا البروتوكول عملية لنمط الهياكل الشاذة مع دقة نانومتر أحادية الرقم في شعاع الإلكترون التقليدي مقاومة PMMA و HSQ. ومن الأهمية بمكان تركيز شعاع الإلكترون قبل وبعد التعرض لتحقيق أعلى دقة النقش وتحديد ما إذا كان أي إزالة للتكرار قد حدث أثناء النقش. كما أن استخدام تجفيف النقاط الحرجة بعد تطويرها أمر بالغ الأهمية لتجنب انهيار النمط بسبب أعلى تباين في هياكل النمط.النتائج لPMMA لهجة إيجابية وسلبية هي أصغر الميزات في الأدب. نتائج HSQ ليست أصغر ولكن هذا البروتوكول يتيح الحصول على 10 نانومتر الفرعية استنساخ ميزات في HSQ ويوضح نمط أحادية الرقم من الهياكل السيليكون. بالإضافة إلى ذلك، بالاتفاق مع الدراسات المنشورة سابقاً، تثبت هذه النتائج أنه يمكن نقل هذه الأنماط بدقة عالية إلى مادة مستهدفة مختارة.

Research

JoVE Journal

Engineering

Revealing Dynamic Processes of Materials in Liquids Using Liquid Cell Transmission Electron Microscopy

الكشف عن العمليات الدينامية للمواد السائلة في السوائل عن طريق انتقال الإلكترون المجهري الخليوي

The recent development for in situ transmission electron microscopy, which allows imaging through liquids with high spatial resolution, has attracted ...

Scanning-probe Single-electron Capacitance Spectroscopy

المسح مسبار واحدة الإلكترون الطيفي السعة

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the ...

In Situ Time-dependent Dielectric Breakdown in the Transmission Electron Microscope: A Possibility to Understand the Failure Mechanism in Microelectronic Devices

In Situ Time-dependent Dielectric Breakdown in the Transmission Electron Microscope: A Possibility to Understand the Failure Mechanism in Microelectronic Devices

في انهيار العزل الكهربائي الموضعي الوقت المعتمد في نقل الكترون المجهر: إمكانية لفهم آلية الفشل في الأجهزة الإلكترونية الدقيقة

The time-dependent dielectric breakdown (TDDB) in on-chip interconnect stacks is one of the most critical failure mechanisms for microelectronic devices. ...

Comprehensive Characterization of Extended Defects in Semiconductor Materials by a Scanning Electron Microscope

توصيف شامل العيوب الممتدة في المواد أشباه الموصلات من خلال مجهر المسح الإلكتروني

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications ...

Hand Controlled Manipulation of Single Molecules via a Scanning Probe Microscope with a 3D Virtual Reality Interface

التحكم ناحية التلاعب احدة الجزيئات عن طريق المجهر التحقيقي مع واجهة الواقع الافتراضي 3D

Considering organic molecules as the functional building blocks of future nanoscale technology, the question of how to arrange and assemble such building ...

Sub-nanometer Resolution Imaging with Amplitude-modulation Atomic Force Microscopy in Liquid

نانومتر الفرعي التصوير القرار مع السعة التشكيل الذرية المجهري القوة في السائل

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown ...

Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy

دراسة العمليات الديناميكية للأجسام نانو الحجم في السائل باستخدام المسح الضوئي نقل المجهر

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a ...

Precision Milling of Carbon Nanotube Forests Using Low Pressure Scanning Electron Microscopy

الدقة طحن الأنابيب الجزيئية الكربونية الغابات عن طريق انخفاض الضغط الضوئي المجهر الإلكتروني

A nanoscale fabrication technique appropriate for milling carbon nanotube (CNT) forests is described. The technique utilizes an environmental scanning ...

A Method for Obtaining Serial Ultrathin Sections of Microorganisms in Transmission Electron Microscopy

أسلوب للحصول على مقاطع سامسونج المسلسل من الكائنات المجهرية في مجهر إلكتروني

Observing cells and cell components in three dimensions at high magnification in transmission electron microscopy requires preparing serial ultrathin ...

Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope

Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope

تصور التلاعب أونياكسيال سلالة من المجالات فلز الحديد1 +Yالشركة المصرية للاتصالات باستخدام الأقطاب تدور مسح نفق مجهر

The quest to understand correlated electronic systems has pushed the frontiers of experimental measurements toward the development of new experimental ...