Resolution improvements on poly(methyl methacrylate) as electron-beam resist

Abstract

The present thesis expands the topic of lithographic resolution improvement of poly(methyl methacrylate) (PMMA) as a positive tone electron-beam resist. The investigation used electron-beam lithography (EBL) to define sub-10 nm structures on PMMA.

Previous investigations obtained 25-nm-pitch dot arrays and 40-nm-pitch lines after AuPd pattern transfer. This thesis presents an improvement over these results, resolving 20-nm-pitch dot arrays and 34-nm-pitch nested L’s structures after Au/Ti lift-off.15-nm-pitch isolated double-dot and triple-dot structures were resolved and helped to learn more about the resolution limits of PMMA as electron-beam resist. In addition, this research used calculations regarding proximity effect, contrast limitations, and intrinsic resist roughness to determine the factors currently limiting resolution. A manuscript with these findings is currently being prepared, with the candidate featuring as lead author.

The findings of this work were applied to collaborations on two separated areas of research: colloidal quantum dot placement and templating of protein assemblies. From the quantum dots placement collaboration a manuscript was already submitted for publication.

This last section of the thesis also explains other lithography-related work, in specific Helium-ion milling of graphene and low-cost experiments on interference lithography.

En la presente tesis se expande el tema de mejora de la resolución litográfica del uso de poli(metil metacrilato) (PPMA) como material resistivo de tono positivo al haz de electrones. La litografía por haz de electrones (EBL) es utilizada para definir estructuras de tamaños menores a 10 nm en PMMA.

Investigaciones previas obtuvieron arreglos de puntos con una separación de 25 nm y arreglos de líneas con una periodicidad de 40 nm mediante transferencia de los patrones con AuPd. Esta tesis presenta una mejora sobre estos resultados, obteniendo arreglos de puntos con una separación de 20 nm y arreglos de L’s anidadas con una periodicidad de 34 nm luego de lift-off de Au/Ti.

Estructuras aisladas de dos y tres puntos con una separación de 15 nm fueron obtenidas para ayudar a entender más acerca de los límites de resolución del PMMA como material resistivo al haz de electrones. Junto a esto, esta investigación usa cálculos relacionados a efectos de proximidad, limitaciones de contraste y rugosidad intrínseca del material resistivo para determinar los factores que limitan actualmente la resolución. Un manuscrito con los desarrollos de este trabajo se está desarrollando actualmente, figurando al candidato como autor principal.

Los desarrollos de esta tesis fueron aplicados a dos áreas de investigación separadas: el posicionamiento de puntos cuánticos y de arreglos de proteínas. De la colaboración en posicionamiento de puntos cuánticos, un manuscrito fue enviado a revisión a la revista Nano Letters. Esta última sección de la tesis también explica otros trabajos relacionados a litografía, en específico, el fresado de grafeno por iones de Helio y experimentos de bajo costo de litografía por interferencia.