Silsesquioxanväte

Silsesquioxanväte
Allmän
Chem. formel (HSiO 3/2 ) 8n [1]
Fysikaliska egenskaper
Densitet 0,88 [2]
Termiska egenskaper
Temperatur
 •  blinkar 17 [2]  °C
Optiska egenskaper
Brytningsindex 1,41 [3]
Klassificering
Reg. CAS-nummer 137125-44-1 [2]
Säkerhet
NFPA 704 NFPA 704 fyrfärgad diamant fyra 2 ett
Data baseras på standardförhållanden (25 °C, 100 kPa) om inget annat anges.

Vätesilsesquioxan ( HSQ  ) är en polymerisk kiselorganisk förening med den allmänna formeln (HSiO 3/2 ) 8n [ 1] , som används som negativ resist med tillsats av metylisobutylketon i elektronstrålelitografi . Används som ersättning för PMMA . Med en filmtjocklek på mindre än 25 nm uppvisar resisten en upplösning bättre än 10 nm. Elektronstrålen förstör polymerkedjan och omvandlar resisten till amorf kiseloxid, som används för en plasmaetsningsbeständig mask. NaOH eller NH4OH fungerar som en utvecklare för silsesquioxanväte vilket resulterar i väteutveckling. Resisten är mycket känslig för åldring, så för ett nytillverkat material erhålls den bästa upplösningen med en linjebredd på 10 nm [4] .

Resisten används inte i sin rena form utan är vanligtvis löst i metylisobutylketon 1-20 viktprocent (Dow Corning XR-1541). Förvaras upp till sex månader vid 5 °C [5] .

Resisten används i nanotryckt litografi eftersom det är känsligt för det extrema ultravioletta området. Materialet har en låg dielektricitetskonstant (2,2 efter glödgning), vilket gör det till en bra isolator. En resisttjocklek på 20 nm gör det möjligt att göra enstaka linjer på 6 nm eller 7 nm linjer åtskilda av 20 nm gap med en resisttjocklek på 10 nm för en elektronstråle med en energi på 100 keV [6] . Som det visade sig är resistens tjocklek avgörande för upplösningen [7] .

HSQ som resist uppvisar hög upplösning och relativt låg malldos. Hög stabilitet och motståndskraft mot jonetsning gör det också möjligt att använda denna resist för att skapa arrayer av nära åtskilda nanostrukturer [8] . För att avsätta ett 10 nm HSQ-skikt på en kiselskiva användes en lösning av HSQ i metylisobutylketon (FOx-12). För maximal upplösning användes en Raith 150-TWO EBL litografi med en strålenergi på 10 keV, en ström på 160 pA och en bländare på 20 μm. Den linjära dosen var 5 nK/cm. För framkallning användes en vattenlösning av NaOH 1 % och NaCl 4 % vid 24 °C i 15 sekunder, varefter substratet tvättades i avjoniserat vatten i mer än 1 minut för att avlägsna saltet och torkades i en ström av kväve [ 8] . Användningen av salt motiveras av hög selektivitet jämfört med vanliga framkallare som vattenhaltig 1% NaOH och 25% tetrametylammoniumhydroxid . HSQ uppvisar en åldringseffekt där resultatet skiljer sig mellan gammal resist och nyberedd resist. Utvecklingen som helhet är ojämn i tiden och saktar ner med tiden, vilket är ett tecken på en självbegränsande process som är förknippad med tvärbindning ( eng.  tvärbunden ). 15 sekunders framkallning räcker för full framkallning av tunna resistfilmer [8] . Huvudparametern som bestämmer upplösningen av elektronlitografi för HSQ är punktspridningsfunktionen , som i sin tur huvudsakligen beror på strålspridningen i resist- och sekundärelektronerna [9] . Det har experimentellt fastställts att en ökning av resisttjockleken leder till större strålspridning upp till en viss kritisk tjocklek, från vilken strålenergin inte är viktig för upplösningen. Men om filmtjockleken är större än den kritiska, är det nödvändigt att öka elektronenergin för att utjämna denna effekt. För en filmtjocklek på 25 nm har energi i intervallet från 10 keV till 30 keV liten effekt på upplösningen [9] .

För bästa upplösning bör resisttjockleken vara 10 nm och substratet så tunt som möjligt. För den minsta strålstorleken användes ett Hitachi HD 2700C aberrationskorrigerat sveptransmissionselektronmikroskop med en strålenergi på 200 keV och en kallsändare, vilket gjorde det möjligt att uppnå en stråldiameter på 0,15 nm. För dessa parametrar var det minsta avståndet mellan elementen 2,1 nm [10] .

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 Cordes, Lickiss & Rataboul, 2010 .
  2. ↑ 1 2 3 chemsrc.com, 2021 .
  3. ↑ XR-1541, 2021 .
  4. ↑ Klimin V.S., Kolomiytsev A.S., Solodovnik M.S. Del 1 // Material för avancerade litografiska processer. - Rostov-on-Don - Taganrog: Southern Federal University , 2017. - S. 35-40. — 62 s.
  5. ↑ Dow Corning XR-1541 E-Beam Resist . — 2021. Arkiverad den 7 juni 2021.
  6. ↑ Grigorescu, AE; van der Krogt, MC; Hagen, CW; Kruit, P. (2007). "10 nm linjer och mellanslag skrivna i HSQ, med hjälp av elektronstrålelitografi". Mikroelektronikteknik . 84 (5-8): 822-824. DOI : 10.1016/j.mee.2007.01.022 .
  7. ↑ Tavakkoli, A.; Piramanayagam, S.N.; Ranjbar, M.; Sbiaa, R.; Chong, T.C. (2011). "Väg för att uppnå halv-pitch under 10 nm med hjälp av elektronstrålelitografi". Journal of Vacuum Science and Technology B . 29 (1): 011035. Bibcode : 2011JVSTB..29a1035T . DOI : 10.1116/1.3532938 .
  8. ↑ 123 Yang et al., 2009 .
  9. ↑ 12 Cord et al., 2009 .
  10. ↑ Manfrinato et al., 2013 .

Litteratur