Силсесквиоксан водорода
Силсесквиоксан водорода (англ. HSQ) — полимерное кремнийорганическое соединение с общей формулой (HSiO3/2)8n[1], применяемое как негативный резист c добавлением метила изобутила кетона в электронно-лучевой литографии. Применяется как заменитель ПММА. При толщине плёнки резиста менее 25 нм демонстрирует разрешение лучше чем 10 нм. Электронный пучок разрушает полимерную цепь превращая резист в аморфный оксид кремния, используемого для стойкой к плазменному травлению маски. NaOH или NH4OH действуют как проявитель на силсесквиоксан водорода в результате чего происходит выделение водорода. Резист очень чувствителен к старению, поэтому для свежеприготовленного вещества получается лучшее разрешение с шириной линии 10 нм[4].
| Силсесквиоксан водорода | |
|---|---|
 | |
| Общие | |
| Хим. формула | (HSiO3/2)8n[1] |
| Физические свойства | |
| Плотность | 0,88[2] |
| Термические свойства | |
| Температура | |
| • вспышки | 17[2] °C |
| Оптические свойства | |
| Показатель преломления | 1,41[3] |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 137125-44-1[2] |
| Безопасность | |
| NFPA 704 | |
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
Резист не используется в чистом виде, а обычно растворяется в метил изобутил кетоне 1-20 % по весу (Dow Corning XR-1541). Хранится до полугода при 5 °C[5].
Резист применяется в нанопечатной литографии так как чувствителен к области крайнего ультрафиолета. Материал обладает низким показателем диэлектрической проницаемости (2,2 после отжига), что делает его хорошим изолятором. Толщина резиста в 20 нм позволяет делать одиночные линии в 6 нм или 7 нм линии разделённые 20 нм промежутками при толщине резиста 10 нм для электронного пучка с энергией 100 кэВ[6]. Как оказалось, толщина резиста имеет решающее значение для разрешения[7].
HSQ как резист демонстрирует высокое разрешение и относительно низкую дозу для нанесению шаблона. Также высокие стабильность и сопротивление ионному травлению позволяет использовать этот резист для создания массивов близкорасположенных наноструктур[8]. Для нанесения 10 нм слоя HSQ на кремниевую пластину использовался раствор HSQ в метил изобутил кетоне (FOx-12). Для максимального разрешения использовался литограф Raith 150-TWO EBL с энергией пучка 10 кэВ, током 160 пкА и апертурой 20 мкм. Линейная доза составляла 5 нК/см. Для проявления использовался водный раствор NaOH 1 % и NaCl 4 % при 24 °С, в течение 15 секунд, после чего подложка промывалась в деионизированной воде более 1 минуты для удаления соли и сушилась в потоке азота[8]. Использование соли мотивировано с точки зрения высокой селективности по сравнению с обычно используемыми проявителями такими как водный раствор 1 % NaOH и 25 % гидроксид тетраметиламмония. HSQ демонстрирует эффект старения, когда результат различается при использовании старого резиста и только что приготовленного. Проявление в целом происходит неравномерно во времени и с увеличением времени замедляется, что является признаком самолимитированного процесса, который связан с перекрёстным сшиванием (англ. cross-linked). 15 секунд проявления хватает для полного проявления тонких плёнок резиста[8]. Основным параметром, определяющим разрешение электронной литографии для HSQ, является функция рассеяния точки, которая, в свою очередь, в основном зависит от рассеяния пучка в резисте и вторичных электронов[9]. Экспериментально установлено, что увеличение толщины резиста приводит к большему рассеянию пучка до какой-то критической толщины, начиная с которой энергия пучка не важна для разрешения. Но если толщина плёнки больше критической, то чтобы нивелировать этот эффект нужно увеличивать энергию электронов. Для толщины плёнки 25 нм, энергия в диапазоне от 10 кэВ до 30 кэВ слабо влияет на разрешение[9].
Для наилучшего разрешения толщина резиста должна быть 10 нм, а подложка как можно тоньше. Для наименьшего размера пучка использовалась Hitachi HD 2700C сканирующий просвечивающий электронный микроскоп с коррекцией аберрации с энергией пучка 200 кэВ и холодным эмиттером, что позволяло достичь диаметра пучка 0,15 нм. Для этих параметров минимальное расстояние между элементами составляло 2,1 нм[10].
Примечания править
- ↑ 1 2 Cordes, Lickiss & Rataboul, 2010.
- ↑ 1 2 3 chemsrc.com, 2021.
- ↑ XR-1541, 2021.
- ↑ Климин В. С., Коломийцев А. С., Солодовник М. С. Часть 1 // Материалы для перспективных литографических процессов. — Ростов-на-Дону – Таганрог: Южный федеральный университет, 2017. — С. 35—40. — 62 с.
- ↑ Dow Corning XR-1541 E-Beam Resist. — 2021. Архивировано 7 июня 2021 года.
- ↑ Grigorescu, A. E.; van der Krogt, M. C.; Hagen, C. W.; Kruit, P. (2007). "10 nm lines and spaces written in HSQ, using electron beam lithography". Microelectronic Engineering. 84 (5—8): 822—824. doi:10.1016/j.mee.2007.01.022.
- ↑ Tavakkoli, A.; Piramanayagam, S. N.; Ranjbar, M.; Sbiaa, R.; Chong, T. C. (2011). "Path to achieve sub-10-nm half-pitch using electron beam lithography". Journal of Vacuum Science and Technology B. 29 (1): 011035. Bibcode:2011JVSTB..29a1035T. doi:10.1116/1.3532938.
- ↑ 1 2 3 Yang et al., 2009.
- ↑ 1 2 Cord et al., 2009.
- ↑ Manfrinato et al., 2013.
Литература править
- POLY(HYDRIDOSILSESQUIOXANE)-T8, HYDRIDE SUBSTITUTED (англ.). https://www.chemsrc.com (2021). Дата обращения: 7 июня 2021.
- Cordes David B.; Lickiss Paul D.; Rataboul Franck (2010). "Recent Developments in the Chemistry of Cubic Polyhedral Oligosilsesquioxanes". Chem. Rev. 110 (4): 2081—2173. doi:10.1021/cr900201r. PMID 20225901.
- Vitor R. Manfrinato, Lihua Zhang, Dong Su, Huigao Duan, Richard G. Hobbs, Eric A. Stach, and Karl K. Berggren. Resolution Limits of Electron-Beam Lithography toward the Atomic Scale // Nano Lett.. — 2013. — Т. 13. — С. 1555—1558. — doi:10.1021/nl304715p.
- Joel K. W. Yang, Bryan Cord, Huigao Duan, and Karl K. Berggren. Understanding of hydrogen silsesquioxane electron resist for sub-5-nm-half-pitch lithography // J. Vac. Sci. Technol., B. — 2009. — Т. 27. — С. 2622—2627. — doi:10.1116/1.3253652.
- Bryan Cord, Joel Yang, Huigao Duan, Joy David C., Klingfus Joseph and Berggren Karl K. Limiting factors in sub-10nm scanning-electron-beam lithography // J. Vac. Sci. Technol., B. — 2009. — Т. 27. — С. 2616—2621. — doi:10.1116/1.3253603.