WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 14 | 15 || 17 | 18 |   ...   | 27 |

Электронные резисты Одним из основных электронных резистов является полиметилметакрилат (ПММА). На основе ПММА и его аналогов было получено множество новых резистов. На примере ПММА было впервые продемонстрировано влияние молекулярного веса и дисперсности на чувствительность и разрешающую способность. ПММА и его производные имеют сравнительно низкую чувствительность, но обладают высоким разрешением. В основе других, более чувствительных, резистов использованы нестойкие в плазме и при повышенной температуре полиальдегиды и полисульфоны, имеющие низкую температуру поликонденсации (табл.3.3).

В электронной литографии, в основном, используются два метода экспонирования резиста электронным лучом: одновременное экспонирование всего изображения целиком и последовательное экспонирование отдельных точек сканированием луча. Оба этих метода обеспечивают высокую разрешающую способность, позволяющую формировать элементы с субмикронными размерами. Столь высокая разрешающая способность электронной литографии объясняется тем, что диаметр электронного луча можно сделать много меньше дифракционного предела, ограничивающего размеры фотолитографического изображения.

Таблица 3.Резисты высокой чувствительности Доза Вещество 10 Кл/см AgBr (H) 0,1 мДж/см ПММА-акриловая кислота(Н) 10 Кл/см Полиэпоксиды (Н) 1 мДж/см Полисиликоны (Н) Полигалогенакринаты (П) Полиаллилы (Н) 10 Кл/см Полисульфоны (П) Полиальдегиды (Н) Примечание: Н-негативный резист, П- позитивный резист.

Для правильного понимания процесса электронно-лучевого экспонирования резиста необходимо выявить параметры, определяющие разрешающую способность метода, к которым относятся энергия электронов и плотность тока луча, а также скорость сканирования электронного луча по поверхности резиста и толщина слоя резиста. Уменьшение размеров изображения в субмикронной технологии требует уменьшения толщины пленки резиста до размера 0,3-0,4 мкм.

Обычно для субмикронной электронной литографии выбирают энергию электронов такой, чтобы глубина пробега электронов в материале резиста была много больше толщины пленки резиста. В этом случае электроны проникают глубоко в подложку. При движении в пленке резиста электроны испытывают упругое рассеяние, в результате чего сечение потока по мере углубления растет, то есть поток расширяется. Одновременно с упругим рассеянием электроны первичного потока будут передавать молекулам резиста энергию в процессе неупругих столкновений (ионизационные потери). На глубине раздела резист - подложка часть электронов первичного потока отразится от подложки и вернется обратно в слой резиста, сохраняя достаточную энергию для экспонирования молекул резиста. Оставшаяся же часть первичных электронов при движении в материале подложки в конце своего пути будет диффузно рассеиваться, вызывая обратный поток электронов из глубины подложки в слой резиста. Эти электроны также внесут свой вклад в экспонирование. В элементарной области резиста с текущей координатой r и глубиной x0 плотность поглощенной энергии молекулами резиста может быть представлена суммой Q(r,x0) = Q1(r,x0) + Q2(r,x0) + Q3(r,x0) + Q4(r,x0), (3.29) где Q1 - плотность энергии, выделенная первичными электронами, движущимися в глубь резиста; Q2, Q3, Q4 - плотности энергии, выделенной электронами, испытавшими рассеяние соответственно в резисте, на границе с подложкой и в подложке. Обычно считают, что величины Q3 и Qобусловлены электронами, рассеянными в подложке, и их сумму обозначают Qотр = Q3 + Q4.

Плотность выделенной электронной энергии определяется следующим выражением:

dE j t Q =, (3.30) dx e где dE/dx - энергетические потери электронов; j - плотность тока электронов в данной точке резиста с координатами r, x0; t - время экспонирования.

Величина jt/e определяет плотность потока электронов в точке с координатами r, x0.

Луч r Q xQ Q x Рис.3.7. Определение плотности поглощенной энергии при облучении пленки резиста электронным лучом На рис. 3.7 показаны полученные вычислением кривые плотности поглощенной энергии первичных электронов Qпрям = Q1 + Q2 и вторичных отраженных электронов Qотр = Q3 + Q4. Радиальная координата r здесь отсчитывается от границы невозмущенного луча, то есть от расстояния d0/от центра луча.

При определении величины Qотр необходимо учитывать, что общее число отраженных электронов характеризуется коэффициентом неупругого отражения электронов h, который сильно зависит от типа подложки и слабо от энергии падающих электронов.

Энергетический спектр электронов, отраженных от подложки, имеет максимум вблизи значения, равного энергии падающих первичных электронов E0. Распределение электронов по углам вылета из подложки близко к косинусоидальному закону.

На рисунке 3.8 представлено распределение плотности поглощенной резистом энергии на различном расстоянии от оси луча. Видно, что в центре луча и вблизи границы луча энергетический вклад отраженных электронов много меньше, чем первичных электронов. Но уже на расстояниях, равных по порядку толщине слоя резиста (0,4 мкм), плотность поглощенной энергии определяется целиком отраженными от подложки электронами.

Таблица 3.4.

Сравнение способов и режимов сканирования при ЭЛЛ.

Способ Время экспонирования, с сканирования Источник области, равной области площади луча 1 смВекторное Термокатод W 10-Термокатод LaB2.610-7 Автоэлектронный эмиттер 210-8 Растровое Термокатод W 1,610-7 Термокатод LaB210-8 Q(r), кэВ см-x0=0.1 мкм QПРЯМ 0.4 мкм x0=0.1 мкм QОТР 0.4 мкм 0,01 0,1 1 r, мкм Рис. 3.8. Плотности поглощенной энергии первичных и отраженных электронов на различных глубинах в слое ПММА На рис. 3.9 показано распределение плотности поглощенной энергии молекулами резиста на поверхности резиста (кривая 1) и на поверхности подложки (кривая 2). На поверхности резиста Q = Q0. Увеличение ширины экспонируемой линии (d1 и d2) можно определить по значению Qпор. Из рис.



3.9 видно, что максимальная ширина линии будет на поверхности подложки, где она равна d0 + 2d2. Разрешающая способность метода электронной литографии будет улучшаться, если увеличивать контраст резиста.

Q Q Q пор 0 r d 1 Рис. 3.9 Определение ширины экспонированной линии Разрешающая способность литографии при одинаковых толщине резиста, дозе облучения и материале подложки улучшается с ростом энергии электронного луча. Это связано с тем, что начинает уменьшаться эффект рассеяния электронов. Однако это же приводит к уменьшению энергетических потерь, поэтому для сохранения оптимального значения количества выделенной энергии необходимо увеличивать время экспозиции или дозу облучения. Это, в свою очередь, увеличивает число обратно отраженных электронов и приводит к разрастанию ширины линии (увеличение d2). Вторичным ограничением является "эффект близости", усиливающийся с ростом энергии луча. При увеличении энергии электронов растет пробег электронов в подложке, что приводит к "удлинению" хвостов распределения Q(r) и, следовательно, увеличивается взаимодействие близко расположенных элементов рисунка структуры.

Q Q Q Q Q Q пор пор dd y Рис. 3.10. Эффект близости при электронно-лучевом экспонировании резиста На рис. 3.10 показано влияние внешнего эффекта близости за счет перекрытия областей рассеяния двух соседних элементов. Практически установлено, что для субмикронной литографии необходимо, чтобы диаметр электронного луча d0 = 0,01 0,05 мкм при плотности тока 10-100 А/см2. В этом случае необходимо время экспозиции t = 10-6 10-7 c.

Иногда возникает вопрос - нельзя ли улучшить разрешение, избавившись от отраженных от подложки электронов Этого можно достичь, если длина пробега электронов в резисте будет сравнима с толщиной пленки резиста. Так как толщина пленки резиста лежит в интервале 0,3 0,5 мкм, то энергия электронов должна составлять 4-6 кэВ. При таких энергиях электроны в пленке резиста рассеиваются диффузно и экспонируют область шириной ~ 1 мкм. Очевидно, что электронная литография в этом случае не имеет никаких преимуществ перед фотолитографией. Кроме того, для оптимального экспонирования необходимо значительно увеличивать дозу экспозиции и трудно обеспечить равномерность экспонирования по глубине пленки резиста.

При получении субмикронных изображений с помощью электронной литографии возникают значительные трудности в управлении электронным лучом. Минимально возможный диаметр луча однозначно связан с силой тока луча, яркостью источника электронов и коэффициентом сферических аберраций электронно-оптической системы.

I0, A 10-10-10-Автоэлектронная эмиссия 10-W 10-LaB10-10-1 10 100 d0, нм Рис. 3.11. Зависимость тока электронного луча от его диаметра для различных типов катодов На рис. 3.11 показана зависимость максимальной силы тока от диаметра пучка электронов для различных типов источников электронов при E0 = 30 кэВ.

В субмикронной электронной литографии накладываются ограничения и на максимальный угол отклонения луча, которые связаны с искажением формы сечения луча, а также с уширением экспонируемой линии за счет изменения угла вхождения электронов в резист. При уменьшении линейных размеров ячейки время экспонирования увеличивается. Кроме того, для получения высокого разрешения необходимо использовать менее чувствительные резисты.

Электронно-лучевые системы литографии подразделяются на три класса: лучевые сканирующие, проекционные и гибридные.

В лучевых сканирующих установках литография может выполняться или одним лучем, или одновременно несколькими; при этом их развертка может проводиться по целому растру или же векторно. Развертка в растр предполагает включение и выключение луча при его движении вдоль каждой строчки в необходимых местах для последовательного формирования всей топологии рисунка, без изготовления предварительного шаблона. При векторном сканировании луч перемещается только по вырисовываемым элементам, поэтому такой способ производительнее.

Ещё большую производительность имеют проекционные системы, в которых получают копии заранее изготовленных шаблонов с одновременным перенесением всего рисунка шаблона на обрабатываемый объект. Такие копии можно получать с полной передачей размеров элементов в натуральную величину или же с их уменьшением. В проекционном методе требуется предварительное изготовление маски. Маски с линиями субмикронной ширины можно изготовить только на лучевых сканирующих установках. Разработанные в последние годы многолинзовые проекционные системы используют одну маску, а размножение её рисунка происходит несколькими десятками электронных пучков, формируемых набором экранных линз с отверстиями.

В гибридных электронно-лучевых системах повышение производительности процесса литографии достигается благодаря применению профилированных электронных потоков или символьного проецирования. Векторная развертка позволяет впечатывать отдельные элементы рисунка в требуемые места на объекте обработки, а быстродействующие управляющие устройства - формировать сечение электронного потока. Если требуется многократное повторение геометрии элемента, то целесообразно изготовить шаблон в виде его символа и проецировать изображение профилированным электронным многолучевым потоком.





Отметим, что в субмикронной литографии имеются перспективы применения безрезисторной электронно-лучевой технологии, поскольку электронный луч легко фокусируется, совмещается и перемещается с точностью 0,05 мкм. Однако основным препятствием для практического использования является большая требуемая доза облучения (>10-4 Кл/см2) и эффекты обратного рассеяния. Низкая производительность и радиационные дефекты остаются предметом забот с точки зрения экономичности и надежности.

Контрольные вопросы Укажите механизмы инициирования химических процессов электронами.

Назовите основные типы реакций с участием радикалов.

Сформулируйте понятия дозы и мощности дозы облучения при электронно-лучевом воздействии.

Приведите примеры процессов образования пленок металла, полупроводника, диэлектрика при электронно-лучевом воздействии на газопаровую фазу.

В чем суть процесса электронно-стимулированного травления материалов Сформулируйте принципы электронно-лучевой литографии.

Каковы возможности электронно-лучевой литографии Какие материалы используются в качестве электроночувствительных резистов Какие процессы протекают при экспонировании резиста электронным лучом Перечислите основные методы экспонирования резиста электронным лучом.

От каких факторов зависит разрешающая способность электроннолучевой литографии Рассмотрите возможности и перспективы безрезисторной ЭЛЛ.

3.6. ЭЛЕКТРОННО-ЗОНДОВЫ Е МЕТОДЫ АНАЛИЗА ВЕЩ ЕСТВ Торможение электронов ускоренного пучка в твердом теле сопровождается многими физическими явлениями, которые используются для анализа структуры и состава твердого тела. К таким явлениям относятся:

вторичная эмиссия, выход упруго и неупруго отраженных, а также ожеэлектронов, рентгеновское излучение, люминесценция. Информацию о свойствах тела можно получить также, измеряя ток поглощенных или прошедших электронов.

Зондовые электронные методы исследования веществ имеют уникальную разрешающую способность: практически достигаемая разрешающая способность во вторичных электронах оценивается 30 при полезном увеличении 250000х. Если использовать регистрацию электронов, прошедших сквозь тонкие пленочные объекты, то можно достичь разрешающей способности 1-5.

3.6.1. Вторично-эмиссионная и просвечивающая электронная микроскопия Вторично-эмиссионная микроскопия основана на детектировании истинно вторичных (с энергией 0-50 эВ), а также неупруго и упруго отраженных от исследуемого вещества электронов.

Глубина выхода истинно вторичных электронов для металлов и полупроводников составляет 5-15 монгоатомных слоев и при значительных ускоряющих напряжениях не зависит от энергии.

Основной характеристикой вторично-эмиссионного процесса является коэффициент вторичной электронной эмиссии. Он зависит от энергии электронов, анализируемого материала и угла падения потока на образец и может быть представлен суммой:

= + + R, (3.33) где, и R - коэффициенты истинно вторичной эмиссии, неупругого и упругого отражения электронов, представляющие собой отношения соответствующих токов к току бомбардирующего пучка.

Для металлов обычно 0,4 < < 1,6; для полупроводников 1 < < 1,5;

для диэлектриков < 4-5. У щелочно-земельных элементов и щелочногалоидных соединений может достигать 10-35.

Максимальная глубина выхода неупруго отраженных электронов равна толщине слоя вещества, в котором происходят процессы рассеяния и торможения выходящих наружу электронов с энергиями более 50 эВ. При нормальном падении первичного пучка обычно < 0,5.

Наибольшее распространение получили устройства растровой электронной микроскопии. Для получения информационного сигнала токи вторичных электронов в них регистрируются с помощью экранированных цилиндрических коллекторов, сцинтилляторов с последующим усилением сигнала в ВЭУ, каналовых электронных умножителей и полупроводниковых детекторов.

3.6.2. Рентгеновский спектральный микроанализ (РСМА) При торможении высокоэнергетических электронов в твердых телах возникает рентгеновское излучение со сплошным спектром, на фоне которого имеются характеристические пики. Они определяются природой атома, в котором происходил переход электрона с верхнего энергетического уровня на вакансию, возникшую на нижнем уровне. Эта вакансия - результат взаимодействия налетающего электрона пучка с орбитальным электроном атома. Характеристическое излучение наблюдается в широком диапазоне длин волн от 1400 до 0,05 и имеет линейчатый спектр. Переход электрона на вакантное место в К-оболочке атома сопровождается генерацией лучей Kсерии, в L-оболочке - L-серии и т.д.

Длину волны характеристического излучения в серии определяют по закону Мозли:

1 1 = Rp Z - рент -, (3.34) ( ) n2 n где Rp = 109737 см-1 - постоянная Ридберга; n1 и n2 - значения главных квантовых чисел (n1 > n2); рент - константа, зависящая от серии.

Для детектирования рентгеновского излучения применяют дисперсионный метод измерений по длинам волн с использованием кристаллических детекторов (например, LiF, кварц) и дифракционных вогнутых решеток с числом штрихов-линий до 1200 на 1 мм.

Анализируемый образец в РСМА требует предварительной специальной подготовки, в частности, шлифования и полирования.

Pages:     | 1 |   ...   | 14 | 15 || 17 | 18 |   ...   | 27 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.