Литография с помощью сканирующего гелий-ионного микроскопа Zeiss ORION

Травление распылением (Milling)
Было предпринято несколько попыток травления (распыления) кремниевой подложки при различных токах и временах экспозиции (dwell time) в диапазоне 0.5-10 Кл/см². Результат распыления наблюдали сразу же после экспозиции при значительно меньшей дозе облучения. К сожалению, травления поверхности кремния заметить не удалось. Вместо этого, при больших экспозициях наблюдалось контаминационное осаждение. Подобный отрицательный результат наблюдался также и при попытках травления толстой золотой пленки (толщина 100 нм).
Травления тонкой золотой пленки на углероде (gold resolution standard) удалось достичь при хорошей фокусировке пучка, т.е. при создании достаточной плотности тока. Пример контролируемого нанесения рисунка на золотую пленку путем ее травления приведен на Fig. 1. При токе 1 пА общее время создания такой картинки заняло чуть меньше 3 минут. Искажение последней буквы и подчеркивающей линии, заметное справа, объясняется кривизной поверхности золотой частички. Оценка чувствительности к распылению для этого случая дает ~ 10⁶ Кл/см³.

Экспонирование резиста
Для экспонирования использовались кремниевые подложки с нанесенным на них позитивным резистом PMMA 950 K толщиной 150 нм. Экспонирование производилось при ускоряющем напряжении около 17 кВ и токе 0.5 пА. Шаги экспонирования были 4 нм.

Для начала были отрисованы два стандартных дозовых клина с различными временами экспозиции (dwell time) на точку - 1 мкс и 2 мкс для того чтобы оценить чувствительность резиста к облучению ионным пучком.

Для наблюдения в ионном микроскопе на поверхность резиста была нанесена 5 нм золото-палладиевая пленка.
При этом обнаружено, что для структуры с временем экспозиции (dwell time) на точку 1.5 мкс наблюдается недопроявление во всех 100 нм, 200 нм, 400 нм и в 700 нм линиях, но выдержаны латеральные размеры. Примеры изображений на Fig. 4 - центральная часть структуры и Fig. 5 - 100 нм линии.
В другой структуре, где время экспозиции (dwell time) на точку составляло 1.7 мкс, наблюдается проявление до дна в 700 нм и в 400 нм линиях, в 200 нм наблюдается недопроявление, в 100 нм недопроявление и уход латеральных размеров на 16-18 нм. Примеры изображений на Fig. 6 - центральная часть структуры, на Fig. 7 - 100 нм линии, на Fig. 8 - 200 нм линии, на Fig. 9 - 400 нм линии.

Как следует из результатов экспонирования дозового клина, используемый нами метод облучения резиста ионным пучком обладает очень высокой чувствительностью к вариации дозы. Мы попытались воспользоваться этим для того, чтобы создать трехмерную структуру в 150 нм резисте. В качестве исходного рисунка был выбран герб Университета. Битовая картинка был импортирована в NanoMaker как "DoseMap" структура. Дозовый диапазон был скорректирован с помощью метода Transform by Formula так, что доза облучения на точку была пропорциональна уровню серости картинки. Размер структуры был выбран около 66 мкм х 66 мкм, т.е. таким образом, чтобы наименьшие детали изображения составляли около 100 нм. Было экспонировано несколько структур с небольшой вариацией времени экспозиции (dwell time) на точку. На Fig 10 и Fig. 11 приведены фотографии одной из результирующих структур, снятых в оптическом и ионном микроскопах, соответственно. Фотография в ионном микроскопе снята с наклоном образца 45 град.