Исследование процессов 3D-структурирование в электронной литографии
Диссертация - Компьютеры, программирование
Другие диссертации по предмету Компьютеры, программирование
служить метил-изобутил-кетон (МИБК), однако это очень сильный проявитель, который хорошо проявляет и неэкспонированный резист. Поэтому обычно как проявитель используют раствор МИБК с менее сильным проявителем, таким как ИПС в соотношении на одну часть МИБК три части ИПС. Доза которая необходима для проявления ПММА в проявителе МИБК :ИПС в пропорциях 1:3 порядка за приемлемое время (порядка 1-2 минут) порядка 140мкКл/см2, для ускоряющего напряжения 25 кВ. Соответственно, для 50 кВ необходима удвоенная доза экспонирования. При увеличении дозы экспонирования на порядок ПММА сшивается и превращается в негативный резист. Разрешение ПММА как позитивного резиста меньше 10 нм [10], а как негативного - порядка 50нм. У ПММА по сравнению с новолачными фоторезистами плохая стойкость к плазменному травлению. Однако его часто используют как маску для травления нитрида кремния [11] и оксида кремния [12] с селективностью травления 1:1.Также из ПММА получается эффективная маска для химически усиленного ионно-лучевого травления GaAs и AlGaAs [13].
EBR-9 - это акрилатный резист, поли (2,2,2-трифлуорифил-хлоракрилат) [14]. Он требует в 10 раз меньшую дозу экспонирования. Однако разрешение EBR-9 в те же 10 раз хуже, чем у ПММА и составляет порядка 0.2мкм. Этот резист лучше всего подходит для литографии осуществляемой через маску, но не из-за низкой оптимальной дозы экспонирования, а из-за слабого набухания в проявителе, большого времени жизни и способности переносить широкий спектр технологических операций.
Поли(бутен-1-сульфон) (ПБС) - высокочувствительный резист широко используемый для создания фото- и электронно-литографических шаблонов. Благодаря низкой необходимой дозе экспонирования равной 1-2 мкКл/см2 при создании шаблонов с большими областями для экспонирования ПБС обладает значительным преимуществом перед другими позитивными резистами. Однако, в остальном это очень капризный в использование резист, требующий точного контролирования температуры и влажности при проявлении, которое осуществляется путем распыления [15]. К тому же при создании шаблонов с размерами элементов достижимыми при стандартной фотолитографии эффективнее и быстрее использовать фоторезисты [16].
Относительно недавно появился и получил довольно широкое распространение электронный резист ZEP-520 [17]. ZEP состоит из сополимера хлорметакрилата и метилстирола. При 25 кВ необходимая для комфортного проявления доза лежит в промежутке от 15 до 30 мкКл/см2, что почти на порядок меньше таковой дозы для ПММА и сравнима с дозой для EBR-9. Однако, в отличие от EBR-9, ZEP обладает очень высокой разрешающей способностью, близкой к разрешающей способности ПММА. Так же ZEP обладает высокой контрастностью, которая даже превышает контрастность ПММА. На практике в ZEP были получены линии шириной 10 нм и точки диаметром 50 нм. [18,19] Стойкость к реактивному ионному травлению в CF4 у ZEP в 2,5 раз выше, чем у ПММА [19], но все же уступает стойкости резистов на новолачной основе.
Фоторезисты как электронные резисты. Большинство фоторезистов могут использоваться, как электронные резисты, однако, при экспонировании электронами, в отличие, от фотолитографии происходит не только разрушение полимерных молекул, но и образуются поперечные сшивки [20].
Поэтому для преобладания позитивного поведения фоторезисты должны проявляться в сильном проявителе. Для поведения фоторезиста как негативного электронного, его после электронной литографии необходимо засветить ультрафиолетом и затем проявлять в слабом проявителе. AZ5206 является одним из лучших фоторезистов, которые можно использовать в качестве позитивных электронных резистов [16]. Необходимая для него доза экспонирования составляет 6мкКл/см2, а разрешение порядка 0,25мк. Простота технологического процесса делает AZ5206 одним из лучших резистов для создания фото и электронных шаблонов.
Помимо AZ5206 в электронной литографии используются такие фоторезисты, как EBR 900 [21] (необходимая доза 8мкКл/см2 на 20кВ) , химически усиленный резист ARCH [22] (необходимая доза 8-16мкКл/см2 на 50кВ) и фоторезист для глубокого ультрафиолета UVIII и UVN от Shipley.
Последний резист является оптимизированным для ДУФ (248нм) и имеет лучшее разрешение, чем AZ5206. Использование ДУФ резистов позволяет экспонировать одну и ту же пленку, как фотонами, так и электронами, тем самым, уменьшая время экспонирования электронами.
1.2 Проявление полимерных резистов
Теперь более подробно рассмотрим процесс проявления полимерного резиста. В самом общем случае проявление описывается законом Фика для диффузии или законом Брюнера для растворения твердого вещества. На рис.3 дана картина распределения молекул полимера, растворяющегося без набухания (таким полимером, например, является ПММА). Растворение идет до тех пор, пока не насыщается слой жидкости, непосредственно примыкающий к полимеру. Растворенные молекулы полимера диффундируют из насыщенного слоя в соседние слои с меньшей концентрацией. Таким образом, скорость растворения есть по сути дела скорость самой диффузии.
Коэффициент диффузии проявителя Q (около 10-6-10-8 см2/с) связан с вязкостью проявителя ? соотношением Стокса - Эйнштейна.
(1.9)
где КМа - зависимость вязкости (Марк-Хаувинк) от молекулярной массы (M). При изотропном растворении за 1 с молекула переместится в среднем на
(1.10)
Энергия активации для диффузионно-контролируемого проявления имеет величину порядка 2-8 ккал/моль [24].
Если жидкий проявитель энергично перемешивается, то диффузия молекул о