29 января 2017г.
Для реальной оценки возможных достижимых результатов по рентгеновскому экспонированию резистов с точки зрения разрешающей способности и производительности процесса экспонирования необходимо проанализировать особенности взаимодействия экспонирующего рентгеновского пучка с системой резист-подложка. Несмотря на то, что с помощью рентгеновской литографии в лабораторных условиях достигнуты размеры элементов порядка десятков нанометров [1-6], принадлежность рентгеновской литографии к групповым методом обработки, позволяющим одновременно обрабатывать часть подложки посредством экспонирования через рентгеношаблон, имеет свои особенности, поскольку пока разработки методов и принципов применения процессов самоорганизации и самосборки для создания элементов микросхем пока не перешагнули рамки фундаментальных исследований, несмотря на их очевидную перспективность [7-13].
При анализе взаимодействия рентгеновского излучения с резистом могут быть развиты два подхода. Первый рассматривает экспонирование резиста как сложный двухстадийный процесс, на первом этапе которого рентгеновское излучение взаимодействует с атомами резиста и подложки, вызывая генерацию фото и оже электронов, которые в дальнейшем и осуществляют собственно процесс полимеризации или деструкции резиста. Второй подход рассматривает рентгеновский квант как некую квазичастицу, которая и осуществляет процессы полимеризации и деструкции резиста, подобно электрону в процессах электронолитографии. В обоих случаях необходимо произвести оценку влияния различных факторов на параметры технологического процесса рентгеновской литографии, в особенности на производительность и разрешающую способность метода [14-18].
С точки зрения первого подхода разрешающая способность рентгенолитографии определяется длиной пробега фото и оже электронов, возникающих при поглощении рентгеновского излучения в резисте и играющих доминирующую роль в изменении физико-химических свойств и структуры резистной пленки. Однако при производстве интегральных микросхем с размерами элементов порядка 0,1 мкм на качество получаемых в резисте изображений могут оказать влияние как величина пробега этих электронов в резисте, так и дополнительное экспонирование резиста, вызванное фото и оже электронами, вылетевшими из подложки и рентгеношаблона в слой резиста. Влияние этих электронов в процессах электронной литографии является определяющим, поэтому важно изучить и оценить их возможное влияние и в рентгенолитографии [19,20].
Величина дополнительной экспозиции резиста за счет фото и оже электронов, вылетевших из подложки, зависит от длины волны падающего рентгеновского излучения, материала подложки, состава и структуры резиста.
При разработке теоретических моделей и проведении экспериментальных исследований целесообразно связывать достижимое разрешение с размерами зоны, в которой поглощается энергия, необходимая для полной полимеризации или деструкции резиста. В качестве критерия оценки влияния различных факторов на разрешающую способность рентгенолитографии разумно принимать энергию, потерянную квантами излучения (либо электронами в случае первой модели) в единице объема резиста как функцию расстояния от границы рентгеновского пучка. Очевидно, что когда доза энергии, поглощенной в этой зоне, становится достаточной для полимеризации или деструкции резиста, происходит уширение экспонированной линии.
Для рассмотрения процесса энерговыделения в резисте в зоне "геометрической тени" целесообразно ввести понятие зоны формирования скрытого изображения, которая определяет минимальное расстояние между линиями, исключающее возможность образования нежелательных элементов рисунка, возникающих за счет перекрытия зон формирования скрытого изображения. Зона формирования скрытого изображения определяет максимально возможное при самых неблагоприятных условиях экспозиции и самых плохих характеристиках используемых материалов распространение как электронов в случае первой модели, так и квантов рентгеновского излучения (вторая модель) в слое резиста за пределами зоны, соответствующей геометрии рентгеновского пучка.
Зону, ограниченную линиями равной поглощенной энергии, равной удельной критической энергии полимеризации определим как зону эффекта близости. Она зависит от состава и структуры резиста, энергии и дозы облучения. При увеличении дозы больше критической (переоблучении), линия равной поглощенной энергии будет смещаться, а, следовательно, и зона эффекта близости будет расширяться вплоть до границы зоны формирования скрытого изображения, но не сможет ее превысить ни при каких дозах облучения.
В случае позитивных резистов фото и оже электроны могут проэкспонировать слой резиста на границе резист-подложка, что приведет к всплыванию всей пленки резиста в процессе проявления, поэтому необходимо оценивать влияние электронов подложки в процессе производства. Для разработки экспериментального макета необходимо обосновать выбор параметров источника рентгеновского излучения, исходя из требований приемлемого времени экспонирования, согласования генерируемого источником рентгеновского излучения с характеристиками наиболее типичных рентгеновских резистов в области максимального поглощения и удобства эксплуатации.
Список литературы
1. Марголин В.И., Жабрев В.А., Тупик В.А. Физические основы микроэлектроники: учебник для студ. высш. учеб. заведений.- М.: Издательский центр "Академия", 2008.- 400 с. гриф УМО
2. Жабрев В.А., Марголин В.И., Павельев В.С. Введение в нанотехнологию (общие сведения, понятия и определения): учеб. пособие.- Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2007.- 172 с.
3. Марголин В.И., Жабрев В.А., Лукьянов Г.Н., Тупик В.А. Введение в нанотехнологию: Учебник, - СПб.: Издательство "Лань", 2012.- 464 с. гриф УМО
4. Кузнецов Н.Т., Новоторцев В.М., Жабрев В.А., Марголин В.И. Основы Нанотехнологии: Учебник, М.: Изд-во "Бином. Лаборатория знаний", 2014.- 397 с. гриф УМО
5. Марголин В.И., Жабрев В.А., Тупик В.А., Аммон Л.Ю. Методы синтеза наноразмерных структур. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2013. 287 с.
6. Грачев В.И., Жабрев В.А., Марголин В.И., Тупик В.А. Основы синтеза наноразмерных частиц и пленок.- Ижевск, Изд-во "Удмуртия", 2014. 200 с.
7 Zhabrev V.A., Margolin V.I. Some Questions in Fractal Nanotechnology // Inorganic Materials, 2008, Vol. 44, No 13, pp 65-82. Ó Pleiades Publishing, Ltd, 2008
8. Аммон Л.Ю., Марголин В.И. Моделирование роста наноразмерных пленок в вакуумных технологиях // Вакуумная техника и технология.- 2009, т. 19.- № 3.- С. 159-164.
9. Жабрев В.А., Чуппина С.В., Марголин В.И. Самоорганизация как осознанный выбор направления химического процесса // Физика и химия стекла.- 2008. Т.34.- № 6.- С. 841-865.
10. Жабрев В.А., Чуппина С.В., Марголин В.И. Самоорганизация как детерминированный выбор направления химического процесса. Часть I. Химический аспект. // Нанотехника.- 2011.- № 4.- С. 44-52.
11. В.А. Жабрев, С.В. Чуппина, В.И. Марголин. Самоорганизация как детерминированный выбор направления химического процесса. Часть II. Информационный и фрактальный аспекты. Нанотехника. 2012. № 3 (31). С. 3 – 11.
12. Жабрев В.А., Марголин В.И., Тупик В.А., Аммон Л.Ю., Фантиков В.С. Самоорганизация наноразмерных частиц в процессах их агрегации // Известия академии Инженерных Наук им. А.М. Прохорова.- 2013.- № 3.- С.3-18.
13. Жабрев В.А., Марголин В.И., Тупик В.А. О самоорганизации наноразмерных частиц в процессах их агрегации // Нанотехника.- 2013.- № 1 (33).- С. 25-31.
14. Бестаев М.В.,. Жабрев В.А, Марголин В.И., Арутюнянц А.А. Физико-химические и химико- технологические основы субмикронной технологии: Учебное пособие; Сев.-Осет. гос. ун-т им. К.Л. Хетагурова. Владикавказ: Изд-во СОГУ, 2009.- 172 с. гриф УМО
15. Жабрев В.А., Лукьянов Г.Н., Марголин В.И., Рыбалко В.В., Тупик В.А. Введение в нанотехнологию. Учебное пособие - Московский государственный институт электроники и математики (технический университет), М., 2007.- 293 с.
16. Margolin V.I., Seidowski E. Untersuchungen zur Niederspannungs - Ele-ktronenstrahllithografie // Feingeratetechnik/- 1979.- № 8.- С. 351-353.
17. Маpголин В.И., Тупик В.А. Исследование литогpафических хаpактеpистик электроно и рентгенорезистов // Известия вузов России. Радиоэлектроника.- 1998.- вып.1.- С. 82 - 85.
18. Серов И.Н., Жабрев В.А., Марголин В.И. Проблемы нанотехнологии в современном материаловедении // Физика и химия стекла. 2003, Т. 29, № 2. С. 242 – 256.
19. Марголин В.И., Шишов С.Е. Перспективы и проблемы нанотехнологий // О национальной доктрине развития в Российской Федерации нанотехнологий. Аналитический сборник.- М.: 2006.- Издание Совета Федерации.- С. - 54 – 63
20. Жабрев В.А., Марголин В.И., Мамыкин А.И., Тупик В.А. Фронтальные аспекты наномира // Сборник научных трудов и инженерных разработок. Ориентированные фундаментальные исследования - новые модели сотрудничества в инновационных процессах.- М.: "Эксподизайн-Холдинг", 2008.- С.117 - 121.
