Фото електроно і рентгенорезисти (стр. 4 из 5)
Рис.2.4
Полімери на основі α, β - ненасичених кетонів. Полімери, які володіють більш великою електроночутливістю, ніж полі метилметакрилат, отримують полімеризацією або сополімеризацією метилизопропенилкетона. Для таких полімерів Qмакс складає (2-6)·10-6 Кл/см2 і може варіювати як за рахунок молекулярної маси і полі дисперсності молекул, так і за рахунок хімічної структури сополімеризуючого другого мономера, в якості якого можуть використовуватися метилметакрилат, етилкрилат, стірол.
Розгляд властивостей окремих представників позитивних електронорезистів показує, що основні вимоги, віднесені до негативних складів, прийнятні і для них. Варто тільки особливо відзначити більш важливе значення для позитивних матеріалів молекулярно-масовий розподіл полімерів і необхідність максимального значення відношення швидкостей розчинених опромінених і неопромінених ділянок плівок.
3.РЕНТГЕНОРЕЗИСТИ
Основним механізмом поглинання рентгенівського випромінювання у твердих тілах є фотоефект, у результаті якого фотоелектрони здобувають енергію поглинаючих квантів. У зв'язку з цим резисти, чуттєві до електронного випромінювання, повинні бути чуттєві і до рентгенівських променів. Однак у рентгенолітографії питання підвищення чутливості резистів має свої специфічні особливості. Як уже відзначалося, поглинання рентгенівських променів речовиною росте з ростом довжини хвилі випромінювання. Тому можна було б рекомендувати для підвищення чутливості рентгенорезистів проводити процес рентгенолітографії в ультра’яких рентгенівських променях (з довжиною хвилі в кілька нанометрів). Але при переході до цього діапазону довжин хвиль різко падає пропускання підкладки рентгеношаблонів.
До дійсного часу знайдено одне з рішень проблеми підвищення чутливості рентгеношаблонів, що полягає в переході до діапазону досить коротких довжин хвиль випромінювання, де прозорість підкладок рентгеношаблонів задовільна, і у введенні до складу молекули резиста атомів елемента, що поглинають істотно більше випромінювання на цих довжинах хвиль, ніж атоми молекули полімерної основи раніше розроблених електронорезистів. Розглянемо, наприклад, властивості негативних рентгенорезистів, що мають підвищену чутливість на довжині хвилі характеристичного випромінювання палладієвого анода (0,437 нм). Збільшення чутливості резистів у цьому випадку досягнуто введенням до складу молекули полімеру атомів хлору, К-край поглинання якого по положенню близький до зазначеної довжини хвилі.
Визначення основних характеристик рентгенорезистів (чутливості, контрастності, роздільної здатності) цілком збігаються з визначенням таких же характеристик у електронорезистів. Єдиною відмінністю є вираження дози опромінення в енергетичних одиницях: Дж/см2 або Дж/см3.
Як і для електронорезистів, чутливість хлоровмісних полімерів до рентгенівського характеристичного випромінювання з палладієвого анода залежить від середньої молекулярної маси і полідисперсності полімеру. Найбільш прийнятним рентгенорезистом для рентгенолітографії з палладієвим джерелом можна назвати 2,3-дихлор-пропілакрилат що володіє найвищою чутливістю, контрастністю 1,12 і відносно високою плазмостійкістю (у плазмі CF4). Є й інші хлоровмісні полімери, а також сополімери з гліцідилакрилатом, але практично всі ці негативні резисти, хоча і мають високу чутливість, але мають малий контраст від 0,5 до 0,9.
Збільшення чутливості рентгенорезистів у результаті введення до складу молекули полімеру атомів елементів з великим поглинанням має місце і для позитивних резистів. Так, у діапазоні довжин хвиль 0,437-0,46 нм полібутенсульфон чутливіший поліметилметакрилату в 10 разів. Підвищення чутливості викликають існуючі в молекулі полібутенсульфона атоми сірки, К-край поглинання якої лежить на довжині хвилі 0,5 нм.
Відзначимо, що збільшення чутливості полімеру до рентгенівського випромінювання при введенні до складу молекули атомів сильно поглинаючих елементів можливо при літографії на більш довгохвильовому випромінюванні. Для цього можна вводити в молекулу полімеру атоми елементів, К-край поглинання яких близький до заданої довжини хвилі. Так, при літографії з мідним джерелом (характеристичне випромінювання при 1,1336 нм) можна застосувати фторовмісні полімери, або, наприклад, ввести в молекулу дуже важкі атоми, такі як залізо, бром, олово і т.п.
Пошук і створення чутливих рентгенорезистів до більш довгохвильового випромінювання в порівнянні з випромінюванням палладієвого джерела, наприклад до випромінювання алюмінієвого і мідного джерел (0,834 і 1,1336 нм), є дуже важливою задачею, тому що довжина вільного пробігу вторинних електронів у речовині, викликаних поглинанням рентгенівського кванта, що відповідає λ=0,44 нм, складає 0,25 мкм, а для λ = 0,834 нм - 0,1 мкм, що позначається на роздільній здатності резиста. В даний час ведуться досить інтенсивні дослідження в області розробки нових рентгенорезистів .
3.1. Позитивні рентгенорезисти
Позитивні рентгенорезисти – це такі рентгенорезисти, які руйнуються під дією рентгенівських променів [3,2].
Чутливість рентгенівського позитивного резиста є функцією ефективності поглинання рентгенівського випромінювання резистом і числа розірваних зв'язків(Gs).
Інтенсивність випромінювання (Іа), яке пройшло через резист, залежить від атомної маси резиста А і довжини хвилі рентгенівського випромінювання (рис.3.1):
Іа = І0·ехр(-μм·t),
де μм - сума атомних (А1) коефіцієнтів поглинання резиста, густина якого ρ і товщина t. При цьому :
μ/ρ =∑ ni ·(μ/ρi)·A1/∑ni·Ai.
Рис.3.1.Пропускання підкладки і поглинання в маскуючому покритті рентгеношаблона: поглинаючі елементи товщиною 0,5 мкм - U, Au, Ag, Cu; прозорі матеріали підкладки товщиною 5 мкм - Be, Mg, Si, майлар.
Найбільшого розповсюдження набув такий позитивний резист як полі метилметакрилат.
3.2.Негативні рентгенорезисти
Негативні рентгенорезисти - це такі рентгенорезисти, які під дією рентгенівського випромінювання полімеризуються [3].
Розглянемо резист KTFR (азидний каучук).Характеристичні криві даного резиста після рентгенівського, електронно-променевого, іонного й оптичного експонування представлені на рис.3.2. Після того як усіпромисловірезисти при перевірці виявились малочутливими(> 150мДж/см2), Тейлор із своїми працівниками повідомили про створення першого рентгенівського негативногорезистаз високою чутливістю (25-75 мДж/см2), дія якого засновано на зшивці бічних ланцюгів хлоропропілакрилата. Пізніше були досліджені промислові електронніепоксидній аллільнірезисти. Спочатку роздільназдатність в увагу не приймалася (ширина лінії була 3-10 мкм), тому використовувалися полімери з низькою температуроюсклуванняTg. Резист, наприклад полігліцідилметакрилатетилакрилат, набухав, і роздільна здатність, була обмежена розміром порядку 3 мкм. У багатошарових резистах при будь-якій здатності необхідно було використовувати дуже тонкі плівки (<0,5 мкм). Пізніше було розроблене впровадження мономерів для сухого плазмовогопроявлення.
Задача, що ставилася на ранніх стадіях розробки рентгенівських резистів і ставиться зараз - це висока чутливість, тому що потужність джерел звичайного типу мала і для одержання дози 100 мДж/см2 потрібно кілька хвилин. Підвищити чутливість можна двома основними способами: збільшити поглинання рентгенівського випромінювання, використовуючи елементи з великим атомним номером, або настроїти рентгенівське джерело на поглинаючі елементи в резисті.
Рис.3.2. Характеристичні криві негативного резиста Kodak KTFR, експонованого іонним пучком протонів (I), рентгенівським випромінюванням (X), електронним пучком (Е) і УФ-випромінюванням з довжиною хвилі 435 нм (UV).
Головне - підвищити поглинання рентгенівського випромінювання, що залежить за законом Бера від густини (ρ), товщини (l) і масового коефіцієнта поглинання (μм):
І = І0·· ехр(-μм·ρ·l),
де І0 і І - інтенсивність випромінювання до і після проходження поглинаючого шару. Для поліпшення абсорбції і мінімізації І можна підвищувати μм і ρ плівки. Значенння μм для полімера (μмі) визначається виразом:
μм = ∑Аі·μмі / ∑Аі,
де Аі і μмі – відповідно атомна маса і масовий коефіцієнт поглинання і-того елемента поли мера.
Найбільш широко використовуються такі резисти, як поліхлорметилстірол і сімейство поліхлорірованих ароматичних полімерів. Якщо отримані в поліхлорстірольних резистах зображення опромінювати ультрафіолетовим випромінюванням, вони зберігають стабільність при 300 °С і мають дуже хорошу стійкість. Однак підвищення чутливості веде до зниження роздільної здатності. Навіть, якщо чутливість до рентгенівського випромінювання вдається підвищити на порядок застосуванням галогенів, контраст залишається низьким і більшість резистів виявляються з 50 %-ним зменшенням товщини[8].
Для інших резистів, при експонуванні яких утворюються радикали, чутливість до О2 при експонуванні не досліджувалася. Реальна швидкість експонування резистів рентгенівським випромінюванням повинна визначатися з урахуванням впливу кисню і наявності вторинної емісії від шаблону. Щоб виключити вплив кисню, у даний час застосовуються поівінілспиртові покриття, що видаляються водою.
Поряд з такими основними методами, як додавання більш важких атомів і настроювання спектрального джерела, уведення високочутливих епоксидних або алільних груп є ще одним класичним засобом збільшення чутливості . Однак контраст цих резистів малий і вони не дуже підходять для роботи на кремнії в якості одношарових резистів. З вище приведеного можна зробити наступні основні висновки: