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

Это исследование использовать ресурсы центра для функциональных наноматериалов, который является US DOE отделение объекта от науки, в Брукхейвенской национальной лаборатории по контракту № ДЕ 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>

Авторы не имеют ничего сообщать.

Наиболее важным этапом в протоколе концентрирует электронного луча до облучения. Это необходимо для достижения высокого разрешения кучность. При выполнении нескольких экспозиций (например, когда ТЕА чип имеет несколько окон и каждый будучи образцу), важно переориентировать пучка перед каждой экспозиции на расстоянии 5 мкм по большинство из области воздействия. Протокол также включает в себя шаги, чтобы проверить фокус пучка до и после воздействия на двух крайних позициях области патронирования (верхние и нижние углы), которая позволяет определить некоторые расфокусировке произошло ли во время структурирования, например из-за мембрана локально наклонена в регионе кучность.
Еще один важный шаг в этот протокол использует критической точки, сушка (ДСП) для просушки образцов после разработки подвергаются противостоять шаблонов. Без этого шага шаблоны будут часто крах из-за высокой пропорции узорной структур (т.е., узорные противостоять боковое размеры меньше, чем толщина). Большинство систем ППР поставляем пластины держателя Стандартный 2». Однако поскольку ТЕА чипов очень малы и узорные структуры довольно деликатная, они может быть поврежден во время процесса ДСП, помещенный в держатели, предназначенные для больших образцов. Рисунок 3 показывает собственных решений для ДСП ТЕА фишки, используя стандартные пластины держателя. Две пластины, с отверстием в центре, поток включение заключите чип ТЕА и защитить его от турбулентного потока во время процесса ДСП.
Определение толщины пленки оптимальное сопротивление пытается сбалансировать конкурирующие требования. С одной стороны, она должна быть тонкой, как можно обеспечить самое высокое разрешение и избежать шаблона развал, но с другой стороны, она должна быть достаточно толстым для шаблон передачи приложений, таких как старт и травления. Этот протокол использует 1% HSQ, который является низкая разрежения коммерчески доступных и чьи дальнейшего разбавления в лаборатории не рекомендуется (наш опыт показывает, что разбавленный HSQ часто приводит к частичной сшивки). Однако, поскольку разреженных ПММА воспроизводимые результаты, этот протокол использует 1% для положительных тон PMMA (толщина 30 Нм) и 0,5% и 1% для негативный тон (толщина 15 и 30 Нм, соответственно). Мы обнаружили, что позитивный тон ПММА сопротивляться не страдают от шаблона развал как отрицательный тон ПММА, таким образом использование тоньше толщины для негативный тон как показано в Таблица 1. Кроме того, отрицательные тон ПММА имеет ~ 50% толщины потери после облучения электронным пучком (и до развития), так что конечная толщина для отрицательных тон ПММА ~ 7-15 Нм. (1.7 и 1.8 Нм функции из рисунка 4 имеют около 7 Нм противостоять толщины, которая находится на пределе шаблона развал). ПММА шаблоны, показанный на рисунке 4 не использовать шаг ДСП; Однако если таковые имеются, этот протокол рекомендует использовать ДСП после развития ПММА шаблонов. Напротив мы нашли ДСП имеет чрезвычайно важное значение для HSQ обработки с тем, что он не может далее разводят (для достижения тоньше толщина) и потому что толще HSQ модели необходимы для использования в качестве маски травления (например, для etch кремния, как показано на рисунке 5 ).
Шаблоны ПММА позитивный тон на рисунке 4 были покрыты тонкой металлической пленкой для увеличения контрастности во время визуализации. Сведения о поддержке в работе Manfrinato и др. 1 показывает, что эффект этой металлического покрытия по метрологии шаблонов является незначительным. Аналогичным образом мы считаем, что результаты, показанные на рисунке 5 на HSQ сопротивляться не зависят от резко конкретного выбора ТЕА окно структуры на основе сверхтонкая толщина подстилающего слоя Si.
В меру наших знаний все измерения, описанной в разделе результаты представитель положительный и отрицательный тон ПММА1 (рис. 4) есть маленький сообщили в литературе на сегодняшний день1,7 , 12 , 16 , 17. Manfrinato и др. 1 также продемонстрировал суб-5 Нм шаблон передачи, от сопротивляться на целевой материал, с помощью обычных металлических старт (для положительных тон ПММА) и последовательных инфильтрации синтеза18 ZnO (для отрицательных тон ПММА). Результаты, показанные на рисунке 5 на HSQ являются не наименьшее сообщил особенности7. Однако, этот протокол является полезной для получения воспроизводимых функций в HSQ с разрешением лучше, чем 10 Нм и демонстрирует однозначным патронирования структур кремния.
Протокол, представленные здесь описывается процесс структурирования произвольных структур с цифрой резолюции нанометр с использованием обычных электронно лучевые сопротивляется PMMA и HSQ. Кроме того результаты, показанные здесь и в ссылка 1 показывают, что такие шаблоны могут быть переданы с высокой точностью целевой материал выбора.

Протокол, представленный в этой рукописи обеспечивает руководство для определения шаблонов с однозначным нанометра резолюции в поли (метилметакрилат) (PMMA) и водорода силсесквиоксанов (HSQ), которые являются два общих электронно лучевые сопротивляется используется в высоким разрешением патронирования, электронно лучевая литография. Мы достигаем этих результатов с помощью исправления аберраций сканирования просвечивающий электронный микроскоп (STEM) как средство воздействия, оснащен генератором шаблон для контроля электронного луча. После противостоять воздействия наноразмерных шаблоны могут быть переданы различные целевые материалы1, таким образом позволяя изготовление новых устройств в нанометровом однозначным резолюции.
Предыдущие исследования показали, что электронно лучевая литография (РПЗ) способен определения шаблонов в сопротивление материалов с размерами в суб-10 Нм масштаб2,3,4,5,6. Однако, для измерений около 4 Нм, эти демонстрации потребовали нестандартных процедур, таких как использование помочь структур7 или длинных выдержек для самостоятельной разработки сопротивляется8. Другие nanopatterning методы, такие как электронно лучевые индуцированной осаждения9 или сканирование зонд литографии10,11, оказались способны достичь резолюции суб-4 Нм, хотя они требуют значительно больше времени экспозиции раза по сравнению с EBL.
Современные системы выделенный EBL производят электронных пучков с пятно размером в несколько нанометров длина шкалы (2-10 Нм), что весьма затрудняет определение шаблонов с резолюцией суб-10 Нм. В противоположность этому наша протокол реализует EBL используя аберрация исправлениями СТЕБЕЛЬ, который является высоко оптимизированный инструмент для материала характеристика на Ангстрем длина шкалы. Это различие позволяет рутинной патронирования рекордные литографических функций с одного нанометра резолюция1. Хотя государство из искусства коммерческих аберрация исправлениями стволовых систем стоимости в диапазоне миллионы долларов, они доступны для использования в нескольких учреждениях национальных пользователей, и некоторые доступны без стоимости.

<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

Мы показываем, расширение использования электронно лучевая литография обычных сопротивляется и шаблон передачи процессы однозначным нанометра размеры, применяя аберрация исправлениями сканирования просвечивающий электронный микроскоп как средство воздействия. Здесь, мы представляем результаты однозначным нанометра патронирования два широко используемых электронно лучевые сопротивляется: поли (метилметакрилат) и водорода силсесквиоксанов. Этот метод достигает суб-5 нанометров в поли (метилметакрилат) и резолюции суб-10 нанометров в силсесквиоксанов водорода. Высококачественный перевод этих шаблонов в целевой материалы по выбору может производиться с использованием металлических старт, плазмы etch и противостоять проникновению с синтезированы.

Рисунок 4 показывает литографических узоры на позитивный тон PMMA (сопротивление удалены из регионов подвергаются после развития) и отрицательной тон PMMA (сопротивление удалены из неэкспонированные районов). ТЕА windows состоит из около 30 Нм толщиной ПММА сопротивляться для положительных тон PMMA (15 Нм толщиной для отрицательных тон ПММА) спина, бросили на 5 Нм толщиной SiNx мембраны. Тонкой металлической пленки (10 Нм AuPd более 5 Нм Ti) был сдан на хранение после разработки позитивный тон ПММА для повышения контраста в стволовых изображений. Для позитивный тон ПММА, средняя маленьких изолированных особенностью является 2,5 ± 0,7 Нм (рис. 4 c, 4 D), в то время как маленький шаг шаблон — 17,5 Нм (Рисунок 4F). Для отрицательных тон ПММА, средняя маленьких изолированных особенностью является 1.7 ± 0,5 Нм (рис. 4 g), в то время как маленький шаг шаблон — 10,7 Нм (Рисунок 4J).
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58272/58272fig4.jpg"> Рисунок 4 : Исправления аберраций Электронная литография из положительных и отрицательной тон ПММА. (Тонкая пленка 10 Нм AuPd более 5 Нм, Ti был сдан на всех позитивный тон ПММА модели показано на этом рисунке.) (A) SEM изображение произвольных шаблонов в позитивный тон ПММА. (B) ТЕА изображение произвольных шаблонов в отрицательной тон ПММА. (C, D) SEM изображения из самых маленьких узорный отверстия в позитивный тон ПММА, среднее отверстие диаметром 2,5 ± 0,7 Нм. (E, F) SEM изображения отверстие массивов определены на позитивный тон ПММА с шагом 21,5 Нм (E) и 17,5 Нм (F). (G, H) ТЕА изображения столба массивов в отрицательной тон ПММА смолой 20 Нм и средняя столба диаметром 1.7 ± 0,5 Нм (G) и 1.8 ± 0,5 Нм (H). (I, J) ТЕА изображения отрицательной тон ПММА столба массивы 15.2 и 10,7 Нм тангажа, соответственно. Все бары масштаба являются 40 Нм. Эта цифра была воспроизведена Manfrinato, в.р., Штайн, а., Чжан, л., ДН, ю. C., Ягер, к.г., стах, E.A и черный, КТ Aberration-Corrected Электронная литография на одной нанометровом масштабе длины. Nano латыш. 17 (8), 4562-4567 (2017). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58272/58272fig4large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
Рисунок 5 показывает шаблоны, определенные на HSQ сопротивляться. ТЕА окно, используемое для литографии HSQ состояла из примерно 10 Нм толщиной HSQ противостоять спина бросили на 27 Нм толщиной Si мембраны. После экспозиции и противостоять развитию, 3-4 Нм ультра-тонкий слой Si в HSQ-бесплатно регионах (неэкспонированные участки) окна были удалены индуктивный сочетании травления плазмы (ПМС), используя смесь из 50 sccm HBr и 20 sccm Cl2 газов на давление в камере 10 тонн (предвзятости и ICP мощности 60 Вт и 250 Вт, соответственно). Рисунок 5A состоит из четырех рядов коротких вертикальных линий. Верхний, что две строки подвергаются с дозой линии шагнуло экспоненциально от 2 до 120 НК/см (ширина 0 Нм предназначен для этих линий). Две нижние ряды подвергаются области дозой, экспоненциально шагнуло от 3000 до 60000 μC/см2 (5 Нм прямоугольники давно разработан широкий и 200 Нм). Рисунок 5B это увеличенное изображение центр региона в нижней строке Рисунок 5A. Два слева, четыре центра и четыре правой линии подвергаются с дозой области 23 300, 27,300 и 32.000 μC/см2, соответственно. Четыре центра линии имеют средний измеренная ширина 7 Нм.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58272/58272fig5.jpg"> Рисунок 5 : Исправления аберраций Электронная литография противостоять HSQ. (Окна ТЕА, используемые на этом рисунке был сделан из 27 Нм толщиной Si. После разработки HSQ индуктивно спаренной плазмы травления использовался для удаления 3-4 Нм Си из районов, не охваченных HSQ.) (A) ТЕА изображение четырех строк вертикальных линий воздействию с дозами, экспоненциально варьируется от 2 до 120 НК/см (верхних двух строк) и 3000 до 60000 μC/см2 (две строки снизу). Размер шага луч был 0,5 Нм для всех строк. (B) высокое увеличение изображений ТЕА центрального района в нижней строке (A). Группа 4 линии в центре имеют в среднем измеряется ширина 7 Нм и подвергаются области доза 27,300 μC/см2. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58272/58272fig5large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</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

Мы используем аберрация исправлениями сканирования просвечивающий электронный микроскоп для определения шаблонов однозначным нанометров в двух широко используется электронно лучевые сопротивляется: поли (метилметакрилат) и водорода силсесквиоксанов. Противостоять шаблоны могут быть реплицированы в целевой материалы по выбору с верностью однозначным нанометр с помощью liftoff, плазменного травления и сопротивляться проникновению синтезированы.

Однозначных нанометр электронно лучевая литография с исправления аберраций сканирования просвечивающий электронный микроскоп

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

Этот протокол содержит рекомендации по определению шаблонов с однозначным разрешением нанометра в двух общих электронных лучей сопротивления с помощью сканирующего электронного микроскопа передачи или STEM в качестве инструмента экспозиции. Использование исправленного аберрации STEM в этом протоколе позволяет регулярно работать с литографическими функциями с разрешением одного нанометра. Хотя эти инструменты являются весьма специализированными и дорогостоящими, они иногда доступны для использования бесплатно.Методы, описанные в этом протоколе, могут быть использованы для переноса наномасштабного шаблона в различные материалы. Таким образом, включите изготовление новых устройств с однозначным разрешением нанометра. Демонстрация будет На Ли, студент, работающий в Центре функциональных наноматериалов.Для начала поместите две полосы двусторонний углеродной ленты примерно равноуместный от центра держателя кремния и отделены немного меньше, чем диаметр чипа TEM. Промыть полоски изопропиловым спиртом, чтобы уменьшить их прочность клея и избежать нарушения деликатный чип TEM во время удаления из держателя кремния. Намонтировать чип TEM на держатель кремния убедившись, что он прикреплен к полосы ленты углерода только на двух противоположных краях.Чтобы покрыть сопротивление ХСЗ, смонтировать держатель кремния на спиннер чак и выровнять центр окна TEM примерно с центром ротора спиннера. Используя пипетки, покройте все окно TEM одной каплей HS. В зависимости от используемого сопротивления следуйте параметрам спинового покрытия и выпечки, показанным в текстовом протоколе.После спинового покрытия аккуратно снимите чип TEM с держателя кремния. Осмотрите однородность сопротивления над окном TEM с помощью оптического микроскопа. Если пленка однородна по всей центральной области мембраны, как показано здесь, перейти к следующему шагу.В противном случае повторите процесс сопротивления покрытию на свежем окне TEM. Намонтировать сопротивление покрытием чип TEM на держателе образца STEM. Убедитесь, что интерфейс сопротивления вакуума сталкивается с входящим лучом.Так как луч оптимально сфокусирован в верхней части образца. Кроме того, убедитесь, что стороны окна TEM выровнены примерно с оси X и Y стадии STEM. Это облегчит навигацию к окну TEM.Теперь загрузите чип TEM в микроскоп и накачайте на ночь, чтобы уменьшить загрязнения в камере образца. На следующий день переместите координаты сцены таким образом, чтобы луч был более чем на 100 микрон от центра окна TEM, чтобы избежать случайного воздействия. Установите ток пучка стволового зонда до 34 пикоампер и энергию луча до 200 килоэлектрвольт.В этом микроскопе ток выбросов из пяти микроамперов эквивалентен тока пучка зонда 34 пикоамперов. В режиме дифракции изображения, установить увеличение до 30000 раз с лучом из фокуса. Что облегчает поиск края окна TEM.Режим дифракции характеризуется стационарным лучом, режимом z-контраста и угловым детектором прямого поля среднего угла. Мы используем режим дифракции, потому что он быстрее. Так как луч не нужно сканировать, чтобы сформировать любое изображение.Перейдите к окну TEM до тех пор, пока край окна не будет замечен на дифракционном изображении. Затем перейдите по краям окна и замитьте координаты X и Y четырех углов окна TEM. В этом упражнении записаны координаты каждого окна показаны на этом слайде.На последнем углу окна увеличьте увеличение до 50 000 раз и выполните грубое фокусировку на оконной мембране, перемещая координаты стадии z до тех пор, пока не будет наблюдаться ориентация на дифракционную картину. Впоследствии выполните тонкую фокусировку, регулируя объективный ток объектива. Теперь увеличьте магификацию до 180 000 раз.Отрегулируйте настройки фокусировки, стигматизации и коррекции аберрации, чтобы получить скорректированное аберрацией дифракционное изображение оконной мембраны. Этот метод фокусировки известен как метод Рончиграммы. Закройте клапан ворот луча, чтобы избежать случайного воздействия сопротивления при перемещении сцены.Убедитесь, что ток луча составляет 34 пикоампы, а увеличение в 180 000 раз. Используйте предварительно записанные координаты угла окна, чтобы переместить сцену так, чтобы поле view center было на 5 микрон от центра окна. В этом упражнении эта позиция представлена точкой А на слайде.Откройте клапан ворот луча и сосредоточьтесь в этой точке с помощью метода Ronchigram. Затем закройте клапан ворот луча. Переместите сцену, чтобы разместить поле зрения в центре окна TEM.Измените увеличение до 18 000 раз. Теперь перенесите управление лучом в систему генератора шаблонов, нажав на команду NPGS пользовательского интерфейса генератора шаблонов и распоив луч в любом месте от области шаблона. Здесь используется верхний правый угол, который достигается с DAC плюс 10 плюс 10 команд.Нажатие на команду Process Run File устанавливает систему, готовую к экспозиции, которая происходит, когда пространствевая планка компьютера генератора шаблонов подавлена, но пока не нажимайте на нее. Очень важно выполнить следующие действия в быстрой последовательности, чтобы избежать переэкспонирования сопротивления на начальных и окончательных позициях луча. Откройте клапан ворот, а затем проверить, наблюдая луч дифракции изображение шаблона.Находится ли луч в фокусе в исходном положении луча. Разоблачить шаблон. Когда экспозиция будет завершена.Проверьте, остается ли изображение дифракционного шаблона в фокусе в конечной позиции луча. Наконец, закройте клапан ворот и удалите чип TEM из STEM. Для разработки ССЗ перемешайте чип TEM в соленом деионизированном водном растворе, содержащем гидроксид натрия весом 1%и 4%-ный хлорид натрия в течение четырех минут при 24 градусах Цельсия.Затем перемешать чип в чистой деионизированной воде в течение двух минут, чтобы смыть соленый разработчик. Опустите чип TEM в ACS реагент класса IPA и аккуратно перемешать его в течение 30 секунд. Быстро поместите чип TEM на специальную двухдюймовую кремниевую пластину.Убедитесь, что чип TEM всегда мокрый с IPA во время передачи. Примерно через две-три минуты закройте критическую точку сушки или сборку пластин CPD, как это показано в текстовом протоколе. Оставьте весь блок замачивания в ACS реагент класса IPA в течение еще 15 минут полностью погружен в АПИ.Быстро перенесите полную сборку держателя пластин CPD во второй контейнер со свежими реагентами класса IPA ACS и оставьте его еще на 15 минут полностью погруженным в АПИ. Теперь перенесите сборку вафельного держателя CPD в камеру процесса КПД. Во все времена чип TEM должен быть полностью погружен в IPA.Запустите процесс CPD в соответствии с инструкциями по эксплуатации инструмента. После воздействия и сопротивления развитию ХСЗ три-четыре нанометра сверхтонкого кремниевого слоя в неэкспонированном слое окна были удалены с помощью индуктивного соединенного плазменного офорта. Наблюдая за деталями центрального региона ГСЗ сопротивляться.Показывает, что четыре линии имеют среднюю измеренную ширину семь нанометров. Здесь показаны сканирующие изображения электро микроскопии самых маленьких отверстий шаблона и положительного тона PMMA. Средняя самая маленькая изолированная функция составляет 2,5 плюс-минус 0,7 нанометров.В то время как самый маленький шаблон шага составляет 17,5 нанометров. Бар желтой шкалы составляет сорок нанометров. Результаты для отрицательного тона PMMA показаны здесь.Средняя самая маленькая изолированная функция составляет 1,7 плюс-минус 0,5 нанометров. В то время как самый маленький шаблон шага составляет 10,7 нанометров. Опять же, желтая шкала бар сорок нанометров.Этот протокол описывает процесс узора аномальные структуры с однозначным разрешением нанометра в обычном электронном электронном луче противостоять PMMA и HS. Очень важно сосредоточить электронный луч до и после воздействия для достижения наивысшего разрешения шаблона и определить, является ли любое дефокусирование произошло во время узорирования. Использование критической точки сушки после разработки также имеет решающее значение, чтобы избежать коллапса шаблона из-за высоких изменений структуры шаблона.Результаты для положительного и отрицательного тона PMMA являются самыми маленькими особенностями в литературе. Результаты для СЗ не самые маленькие, но этот протокол позволяет получить воспроизводимые суб 10 нанометровые функции в СЗз и демонстрирует однозначный узор кремниевых структур. Кроме того, в согласии с ранее опубликованными исследованиями эти результаты показывают, что такие модели могут быть переданы с высокой точностью в целевой материал выбора.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Выявление динамических процессов в жидкостях материалов с использованием жидкого сотовых просвечивающей электронной микроскопии

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

Сканирующего зонда Одноэлектронные емкостной спектроскопии

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

В Ситу Время-зависимой пробой диэлектрика в просвечивающий электронный микроскоп: возможность понять механизм Отказ в микроэлектронных устройств

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

Исчерпывающая характеристика протяженных дефектов в полупроводниковых материалах на растровом электронном микроскопе

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

Ручным управлением Манипуляции одиночных молекул с помощью сканирующего зондового микроскопа с 3D-интерфейсом виртуальной реальности

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

Субнанометровым Resolution Imaging с амплитудной модуляцией атомно-силовой микроскопии в жидком

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

Изучение динамических процессов наноразмерных объектов в жидкости с помощью сканирующего просвечивающего электронного микроскопа

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

Точность Фрезерование углеродная нанотрубка лесов Использование низкого давления Сканирование электронной микроскопии

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

Метод для получения последовательного ультратонких разделы микроорганизмов в просвечивающей электронной микроскопии

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

Визуализация одноосная деформация манипуляции антиферромагнетике доменов в Fe1 +YTe с помощью спин поляризованных сканирование туннельный микроскоп

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