Anvendelse af offer Nanopartikler at fjerne virkningerne af Shot-støj i Kontakt Huller Bearbejdede af E-beam litografi

Den eksponentielle vækst i computerkraft, som kvantificeret ved Moores lov ^{1, 2} (1), er et resultat af progressive fremskridt i optisk litografi. I denne top-down-mønsterdannelse teknik, den opnåelige opløsning, R, er givet ved den velkendte Raleigh sætning ^3:

Her, λ og NA er lysbølgelængden og numerisk åbning hhv. Bemærk, at NA = η · sinθ, hvor η er brydningsindekset for mediet mellem linsen og skiven; θ = tan ^-1 (d / 2l) for diameteren, d, af linsen, og afstanden, L, mellem centrum af linsen og skiven. I de sidste halvtreds år har litografiske opløsning forbedres gennem anvendelsen af ​​(a) lyskildes, herunder excimerlasere, med gradvis mindre UV-bølgelængder; (b) kloge optiske designs beskæftiger faseforskydningstrin masker ^4; og (c) højere NA. For eksponering i luft (η = 1), NA er altid mindre end enhed, men ved at indføre en væske med η> 1, såsom vand ^5, mellem linsen og wafer, kan NA være hævet over en, og derved forbedre løsningen af fordybelse litografi. I øjeblikket levedygtige veje til en 20-nm node og videre omfatter ekstreme UV-kilder (λ = 13 nm) eller mønsterruller teknikker, der anvender komplekse dobbelt og firedobbelt behandling af et flerlaget fotoresist ^{6, 7.}

På nanometer-længde skalaer, statistiske udsving, forårsaget af skud-støj (SN), i antallet af fotoner, der ankommer i en nano-region årsag variation i dimensioner lithogra phic mønstre. Disse virkninger er mere udtalt med udsættelse for højenergi EUV lys og E-bjælker, systemer, der har brug størrelsesordener færre fotoner / partikler i forhold til normal optisk litografi ^8. Supersensitive kemisk forstærket (med en kvante effektivitet> 1) fotoresister også indføre en kemisk SN forårsaget af en variation i antallet af fotoreaktive molekyler i udsatte nanoregions ^{9, 10.} Lavere følsomhed fotoresister der har brug for længere eksponeringer undertrykker disse effekter, men de reducerer også gennemløb.

På molekylært plan, at bidraget line-kant ruhed fra det molekylære størrelsesfordeling iboende fotoresisten polymerer kan reduceres ved at anvende molekylære resister ^11. En tilgang, der supplerer denne top-down behandling af nano-mønster er brugen af bottom-up metoder ^12,s = "xref"> 13, der er afhængige specifikt på den rettede selv-samling (DSA) af diblok polymerer ^14. Evnen af ​​disse processer til direkte nukleering og skabe uensartet afstand mellem ønskede mønstre, såsom huller eller linjer, stadig en udfordring. Størrelsesfordelingen af molekylære komponenter ^{15, 16} begrænser også omfanget og udbyttet af fabrikation ^{17, 18.} Lignende problemer begrænser microcontact trykning af nanopartikler i blød litografi ^19.

Denne artikel præsenterer studier af en ny hybrid tilgang (figur 1), der kombinerer det klassiske top-down projektion litografi med elektrostatisk rettet selv-samling for at reducere effekten af SN / line-kant ruhed (LER) ^20. Positivt ladede amingrupper på selvsamlede monolag (SAM'er) N – (2-aminoethyl)-11-Amino-undecyl-methoxy-silan (AATMS) ligger til grund for PMMA film udsættes efter udvikling. Den negativt ladede fotoresist film af PMMA elektrostatisk tragte negativt ladet guld nanopartikler (BNI), udjævnet med citrat, ^{21 – 24} i SN-ramte huller ^25. Re-strømmen af ​​PMMA fotoresist opsluger forud anbragte nanopartikler i filmen.

Figur 1: Skematisk fremstilling af strategien for at fjerne virkningerne af skud-støj og line-kant ruhed for mønstret af kontaktpunkter huller med nationale parlamenter i præcis størrelse. Her er den kritiske dimension (CD) er den ønskede diameter af hullerne. Den fremgangsmåde (trin 1) begynder med afsætning af et selv-samlet monolag (SAM) af silan molekyle bærer positivt ladede amingrupper på den oxid surfes af en silicium wafer. Dernæst E-beam litografi anvendt til mønster hullerne (trin 2 og 3) i PMMA fotoresist film, den blå lag, som genererer shot-støj, som illustreret i det indsatte SEM billede. Litografi udsætter amingrupper i bunden af ​​hullerne. Trin 4 indebærer den vandige fase aflejring af kontrolleret størrelse, citrat-udjævnede (negativt ladede) guld nanopartikler (BNI) i litografisk mønstrede huller med elektrostatisk kanalisere (EF). I trin 5, opvarmning af vaflen til 100 ° C, hvilket er under glasovergangstemperaturen af ​​PMMA, 110 ° C, bevirker reflow af fotoresist omkring prædeponeret nanopartikler. Ætsning overlejret PMMA med oxygenplasma (trin 6) udsætter de BNI, og efterfølgende våd-ætsning (iod) af eksponerede partikler (trin 7) skaber huller svarende til størrelsen af ​​BNI. Når kombineret med reaktiv-ion / våd-ætsning, er det muligt at overføre mønstret hul i fotoresist til _SiO2 (trin 8) ^31. Retrykt med tilladelse fra henvisning ^20. Klik her for at se en større version af dette tal.

Den elektrostatiske interaktion mellem de modsat ladede BNI og amingrupper på substratet forhindrer forskydning af BNI fra bindingsstedet. Reflow trin opretholder den relative placering af BNI men sletter hullerne og virkningerne af SN / LER. Plasma / våde ætsning skridt regenerere huller, der har størrelsen af ​​BNP. Reaktiv-ion ætsning overfører deres mønster til _SiO2 hårdt maskelag. Metoden bygger på at bruge mere ensartet størrelse nanopartikler end en mønstret nanohole (NH), udtrykt som standardafvigelsen, σ, således at σ _BNP <σ _NH. Denne rapport fokuserer på trin (4 og 5, der er beskrevet i figur 1), som indebærer aflejring af nanopartikler fra spredning ogreflow af fotoresist omkring dem til at vurdere fordele og metodens begrænsninger. Begge trin er i princippet, skalerbar til større substrater, som ikke kræver omfattende ændring af den nuværende strøm af producere moderne integrerede kredsløb på chips.