К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Для генерации плазмы, испускающей харакгеристическое рентгеновское излучение, используют мощный импульсный лазер. Теоретически в таком источнике до 10 % энергии лазерного излучения может преобразовываться в энергию ренпвнофотонов в диапазоне 1- 3 кзВ без генерации интенсивного жеаткого ренпеновского излучения. Плазменные источники реппеновского излучения предстюаиют интерес дпя ренттеиолитографии при работе в многоиътульсном режиме, при котором снижаютая требования к стабильности импульсного процесса, а также уменьшается вероятность нырева ренпеношаблона и подложки. В середине 80-х годов выполнено много исследований и разработок в области создания плазменных источников МРИ ди ренпенапитографии с лазерной накачхой. Дги этой цели использованы: лазеры на стекле а неодимом с энергией 35 - 50 Дж на импульс; эксимерные лазеры на Кгр с энергией до 200 Дж на импульс при длительности импульса 50 нс; лазеры на алюмо-нтгриевом транше (АИГ) с энергией 700 МДж на импульс при частоте 100 Гц и др.
В качеапю маириала ддя мишеней применяли А1, Сп, Мя, Тг, 81, Ре, )Ч1, Мо, Нх, Та, Ап, С. Удельная мощность излучения поверхности мишени достигала 10м Вт/смз, а интенсивность МРИ - 500 мВт/ар. Для повышения эффективности преобразования энергии лазерно-плазменного источника МРИ мишень облучали двумя лазерами с различной длиной волны: использовали мюпень из Сп и Сб, а лазеры - с длиной волны 0,53 мкм и 1,08 мкм. Первый лазер был основным, второй - вспомоппельным, его луч направлялся синхронно с лучом первого лазера в факельную зону под разными углами к плоскости мишени.
В результате эффективность цреобразования рентгеновского излучения с энергией 1,5 - 5,0 кэВ увеличивалась почти в 2 раза по сравнению с моноимпульсным режимом. Однако лазерно-плазменные источники МРИ для ренпенолитографии применения не нашли. Они сложны и громощки и, главное, весьма нестабильны как по выходу излучегпи, так и по флуктуации активной зоны излучения в пространстве плазменного факела. Эти недостатки объясняются неоднозначносп ю энергетического баланса импульсного резкима лазера. Значительно более перспективны электроразрядные плазменные источники МРИ.
Они основаны на сильноточном высоковольтном электрическом разряде в вакууме, газе, твердом теле (электровзрыв металэических проводников) или на поверхности диэлектри- ка. Зги источники характеризуются малыми размерами излучающей области (около 0,1 мм), что обеспечивает небольшие искажения и полутеневое размытие изобрюкения. Удельная мощность их излучения в плоскости ревиста доаппает 15 мВт/смз.
Выаокая яркость плазменных электроразрядных источников, как правило, определяется большими значениями мощности излучения в импульсе (около 10Э Вт), достигаемыми в результате интенсификации и оптимизации вардана-разрядных контуров. Благодаря этому снижается длительность экспонирования слаб очувствительных, но высокоразрешающих и стойких при последующих обработках в низкотемпературной плазме ренпенорезистах до единиц и долей секунды. Зто позволяет создавать компактные системы ренпенолитографии а разрешением 0,2 - 0,3 мкм при производительности 50- 60 пластин диаметром до 200 мм в час.
По простоте конструкции, экономичности и эффективности преобразования электрической энергии в рентгеновское излучение лучшими являются плазменные источники на основе малоиндухтивного электроразряда в вакууме (вюгуумная искра) или в струе газа, пропуакаемого между электродами илн в капилляре (Х-линч с импульсным напуаком таза). Излучателем МРИ в этих источниках являются локальные плазменные образования размером 10-' - 10 з мм с высокой концентрацией (10зг см 3) и температурой (0,1 - 1,0 кэВ) электронов. Массовое праизводство ИС и разрешение на уровне менее 0,5 мкм достииютая с помощью источников синхротронного излучения (СИ). Экспонирование резиаи осуществляешя излучением релятивистаких электронов, циркулирующих по замкнутой орбите в ускорителе-синхротроне или электронном накопительном кольце.
СИ хорошо коллимировано, имеет удельную мощность более 400 мВт/смт и обладает оптимальным для экспонирования спектром (0,7 - 1,3 нм). Но большая удельная мощность излучения позволжт работать и при длине волны 2 — 5 нм, что значительно увеличивает контрастность кремниевых реитгеношаблонов. Диапазон, в котором СИ наиболее интенсивно, определяется так назьиаемой критической длиной волны йи которая связана с энергией электронов в уакорителе Е и напряженностью магнитного поля отклоняющих магнитов. Для спектров исследовательского синхротрона С-60 Х, = 5,81 нм при Е = 577 Мэ$;Х, = 12,25 нм при Е = 450 МэВ и 2., = 26,04 нм при Е = 350 МэВ. Угловое распределение СИ зависит от длины волны излучения.
Поскольку в рентгенолитографин иапользуется область длин волн мягкого рентгеновского излучения (в которой обычно распо- 144 Глава 2.5. РЕНТГЕНОВСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ ЛУЧИ В ЭЛЕКТРОННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ 2.5 2. Характеристики ренггеневской трубки а вращавицимся анодом и вакопвтелыюгэ кольца летается Х,), то в этом диапазоне с достаточной степенью точности можно считать, что из данной точки орбиты излучение распространяется в конусе, ось которого совпадает с направлением мгновенной скорости электрона, и угол раскрытия конуса в миллирадианах составляет величину, численно равную Е 1 (.Е - в ГэВ). Преимуществами источников СИ в ренпеновской литографии перед обычными источниками ренпеновского излучения, помимо высокой интенсивности, являются возможность выделения любой длины волны, хорошая естественная колли нация и точно рассчитываемые характеристики.
При сравнении яркости СИ от накопительного кольца ВЭПП-2М и острофокусной ренпеновской трубки с вращающимся анодом мощностью 30 кВт установлено, что яркосп у СИ на 3— 4 порядка вьппе, чем у ренпеновской трубки (табл. 2.5.2). Если рентгеновская трубка обеспечивает достигаемую яркосп, в очень узком диапазоне, то СИ имеет данньге значеиия яркости на всех длинах волн, припщных для рентгеновской литографии.
Под яркостью источника Х~ в данном участке спектра понимается число фотонов, излучаемых в единицу времени с единицы площади источника в единицу телесного угла. Ширина спектра СИ обеспечивает ряд преимуществ а точки зрения уменьшения френелевской днфракции, что имеет наибольшее значение при уменьшении размеров атруктурных элементов топологии СВИС до 0,1 мкм и менее. Все друже типы источников МРИ дают спектры с дискретными линиями, определяемыми материалом мишени и газом разрядного объема. Можно попользовать только небольшое число характеристических линий, поскольку большинатво приемлемых материалов не обеспечивает получение достаточно высокой удельной мощности потока излучения.
Поскольку дяя СБИС уровня одного и более гигабит размеры одного кристалла, (чипа) могут достюать 20 х 20 мм и более, то полУчить разрешение 0,1 мкм на такой площади даже плазменными источниками затруднительно. Синхротрон позволяет с помощью специальных андулято рных систем довести площадь одновременного экспонирования до 50 х 50 мм и более. Ондулмция, т.е. возбуждение вертикального волнообразного двнжеюи электронов на орбите, например бетатронннх колебаний, являетая достаточно эффективным и экономичным способом.
В настоящее время во многих странах большое количество синхротронов и накопительных колец могут использоваться в качестве источников СИ. Все они разработаны для решения проблем физики высоких энергий и, несмотря на свои высокие качества, не являются оптимальнмми генераторами МРИ для рентгенолитографии. Источником СИ, более пригодным для обеспечения разрешеюи 0,05 мкм, яииетая электронное накопительное кольцо.
По аравнению с синхротроном оно имеет ряц преимуществ: большую среднюю силу тока; меньшие поперечные размеры и угловой разброс пучка электронов вследствие радиационного затухания; большую стабильность орбиты; постоянство энергии и интенсивности пучка, существенно упрощающие экспонирование; большое время жизни пучка (1 — 100 ч), что удобно для экапонироваюи; низкий уровень радиационного фона вокруг установки, позволяющий работать на малом расстоянии от накопителя а коротким каналом СИ. Свойства СИ этюктронного накопительного колъца зависят от трех параметров; напряженности поля отклоняющих магнитов Н, энергии элеюронов Е и силы тока пучка электронов 1 Величина Н, в значительной атепени определяющая конструктивные особенности накопителя и его питающих устройств, с учетом возможности обеспечения нужного поля обычными магнитами, экономической вьподности установки, простоты и надежности ее систем может быль выбрана равной 12 кЗ.
Величина Е является определяющей для спектра СИ. Чтобы обеспечить разрешение лучше, 0,05 мхм, диапазон эффективного пробега вторичных электронов, возбуждаемых в резисте экспонирующим излучением, не должен превышать указанной величины. Следовательно, излучение с длиной волны менее 0,8 нм должно незначнюльно участвовать в экспозиции ревиста, для накопительных колец с 1г = РЕНТ ГЕНОЛИТОГРАФНЯ 145 2.5.3. 3(арактериещкн электронных вщоивтельвых колец ' Толщина шаблона.
2вгАлнйаф Голл Ю-с Ю = 960 кА/м и Е = (0,5 ... 1) ГэВ спектры поглощенна СИ в резисте ПММА (полиметнлмстакрилат) при различных фильтрах в пучке излучения приведены в табл. 2.5.3, там же даны характеристики рассмотренных накопителей и показана доля излучения с длиной волны более 0,8 нм, поглощаемого ПММА при экспонировании через кремниевый шаблон толщиной 1 мкм в вакууме и через бериллневое окно толщиной 5 и 15 мкм и тот же шаблон в гелии. Анализ приведенных данных позволяет сппать в качестве оптимального для ренпеновской литографии значение Е = 0,8 ГэВ с учетом того, что при одинаковых значениах силы тока пучка электронов интенсивносп СИ в 4 раза выше при Е = 0,8 ГэВ„чем при Е = 0,5 ГэВ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
