Исследование процессов 3D-структурирование в электронной литографии
Диссертация - Компьютеры, программирование
Другие диссертации по предмету Компьютеры, программирование
ческие измерения молекулярно-массового распределения.
Так как ПММА является наиболее распространенным электронным резистом, поэтому необходимо более подробно рассмотреть его проявление. Хотя ПММА является электронным резистом, его можно использовать также и для экспонирования ДУФ- и рентгеновским излучением и ионным пучком. Первичным радиационным превращением является разрыв основной цепи и отрыв эфирной группы.
Мерой эффективности разрыва цепи служит величина Gp:
Gp = итоговое число разрывов/100 эВ поглощенной энергии.(1.20)
Для ?-излучения значения GP составляют 1 - 1,5, а для электронного луча GP меньше (0,75 [40]), поскольку поглощенная энергия в (1.20) включает надлежащим образом учтенные вклады рассеянных электронов в пределах полного их пробега по Грюну [46]. С другой стороны, если учитывается поглощение энергии только при рассеянии вперед, то значения Gp при ЭЛ- и рентгеновском экспонировании оказываются близкими.
Хотя представление об итоговом числе разрывов подразумевает отсутствие рекомбинации [41], радикалов образуется больше, чем получилось бы при Gp=1, и рекомбинация начинается, как только экспонированный ПММА вступает в контакт с проявителем. Захваченные радикалы в ПММА очень стабильны, и для усиления изображения (даже при малых дозах около 10-7 Кл/см2) их можно привить к мономерам [42].
В модели, развитой Чарльсби, Ку и Скала [43], предполагается, что среднее число разрывов цепи при больших дозах аппроксимируется отношением М0/Ме молекулярных масс до и после экспонирования:
(1.21)
а значение дозы D дается выражением
(1.22)
где Рр - среднее число разрывов на молекулу, q - заряд электрона, ? - плотность пленки, z - толщина пленки, N -число Авогадро, Е - энергия, поглощенная в пленке в расчете на 1 налетающий электрон. Так как скорость растворения при малых дозах обратно пропорциональна молекулярной массе [44], подстановка (1.1) в выражение (1.21) дает
(1.23)
где .
Влияние начальной молекулярной массы на отношение М0/Ме можно видеть из табл. 1. При одной и той же дозе большее значение М0 соответствует большему отношению v/v0. Поэтому максимальная чувствительность достигается для наибольшей молекулярной массы [45,47]. Разделяя полимер на фракции [45] возгонкой или выщелачиванием низкомолекулярных компонентов прямо из высушенной пленки (погружением в растворитель), можно повысить чувствительность ПММА и уменьшить число проколов.
Таблица 1. М0/Мe для различных доз экспонирования ПММА.
Q (доза в мкКл/см2 при 20 кэВ)М0 (среднечисленное значение молекулярной массы)10х10340Х103400Х103800 X1031008)1613028040487014020243571101318354-27182-149
В поисках резиста максимальной чувствительности изучался и сверхвысокомолекулярный ПММА (М„ = 5-106, 16-106) [47]. 16М ПММА имеет индукционный период при растворении в МИБК после сушки при 200С в течение 60 мин (рис.7). В большинстве других исследований резистов с температурами сушки 160С0 и ниже полезного индукционного эффекта обнаружено не было. Гринич [46], однако, установил, что кинетика растворения сильно зависит от вида растворителя и условий сушки Если пленка сверхвысокомолекулярного ПММА нанесена хорошо, дозу можно снизить вплоть до 2-10-6 Кл/см2, но изображение получается слегка подтравленным [47]. К тому же Хесс [48] с сотрудниками столкнулся с целым рядом проблем при работе с 5,4М ПММА. Из-за набухания разрешающая способность была ограничена размером 10 мкм (но сушка проводилась не при 200 С), и контрастность была очень низкой (?* = 0,7 при 10~5 Кл/см2 в проявителе МЭК./ИПС). Основной проблемой разрешения было набухание экспонированных областей при проявлении. Чтобы воспользоваться эффектом индукции и избежать при этом недотравливания и набухания, необходимо применять двухслойный рсзист: слой высокомолекулярного ПММА поверх слоя низкомолекулярного (растворяющегося быстрее).
Последней областью, в которой проявляются молекулярно-массовые эффекты, является полидисперсность (Mw/Mn).
Из-за разрывов при экспонировании полидисперсные материалы приходят в состояние с Mw/Mn = 2 (рис.8) [49]. Этот факт объясняется тем, что все цепочки рвутся с одинаковой эффективностью. Такое стремление отношения Mw/Mn к пределу, равному 2, было показано для полибутенсульфона [49], ПММА и полиизобутилена [50], но скорость растворения при полидисперсности Mw/Mn > 2 зависит больше от Mw, чем от Мп. В этом случае можно умышленно применить полидисперсный ПММА, чтобы воспользоваться преимуществом более быстрого растворения экспонированного резиста, для которого отношение Mw/Mn стремится к пределу.
1.3 Температурный эффект и эффект близости
Как уже говорилось, скорость проявления резиста зависит от условий сушки, свойств и температуры проявителя. Однако, помимо этого, скорость проявления зависит от условий экспонирования, а именно от температуры подложки и соответственно резиста при экспонировании (температурный эффект) [51]. Температурный эффект довольно заметно влияет на результат литографии при экспонировании на литографах использующих высокие токи, т.к. при этом происходит ощутимый нагрев резиста. В работе [51] авторы исследовали температурный эффект для резиста ПММА на кремниевой подложке. Исследования проводились для толщин ПММА равных 0.5 и 1 мкм. Подложка с резистом устанавливалась на термостолик, который и нагревал резист, а чтобы избежать нагрева электронным пучком экспонирование проводилось на достаточно низком токе равно