ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2013, № 7, с. 96-102
УДК 539.1.043:539.1.06
УСТАНОВКА ДЛЯ МЯГКОЙ РЕНТГЕНОВСКОЙ ЛИТОГРАФИИ НА ВЭПП-4М
© 2013 г. А. Н. Генцелев, Б. Г. Гольденберг, А. Д. Николенко, В. Ф. Пиндюрин, И. В. Полетаев
Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук,
Новосибирск, Россия Поступила в редакцию 14.12.2012 г.
Описана установка, предназначенная для проведения трафаретной синхротронной сканирующей рентгеновской литографии, размещенная на канале вывода синхротронного излучения (СИ) из накопителя ВЭПП-4М. Основным достоинством данной установки является возможность варьирования спектра экспонирующего СИ в широких пределах и подстройки его под конкретную задачу путем изменения рабочей энергии ВЭПП-4М и установления соответствующих фильтров, что проиллюстрировано таблицами и рисунками с расчетными спектрами. Приведены расчетные оценки литографического разрешения установки, времен экспозиции для различных типов шаблонов и толщин их маскирующих слоев, обеспечивающих требуемый уровень контрастности шаблонов.
Б01: 10.7868/80207352813060085
ВВЕДЕНИЕ
Трафаретная синхротронная сканирующая рентгеновская литография — способ создания скрытого изображения в объеме рентгеночувствительного материала (как правило, углеводородного полимера, возможно, с сенсибилизирующими добавками, далее по тексту именуемого резистом) посредством пучка синхротронного излучения (СИ) рентгеновского диапазона, прошедшего через трафарет — маскирующий рисунок рентгеношаблона, с применением (для обеспечения однородности экспозиционной дозы на всей экспонируемой площади) относительного сканирования пучка и зафиксированных между собой шаблона и подложки. В широко распространенной схеме [1] реализации данного способа рабочие поверхности шаблона и обрабатываемой подложки (полимерной или с нанесенным резистивным слоем) фиксируются параллельно друг другу с "мягким" контактом или с некоторым зазором между ними и ориентируются ортогонально центральной оси пучка СИ, после чего производится экспонирование, сочетающееся со сканированием облучаемой системы (шаблон—подложка) по вертикали относительного неподвижного пучка СИ, в результате чего в резисте "пропечатыва-ется тень" маскирующего рисунка.
Реализация высокоточного переноса топологического рисунка с шаблона в слой резиста предполагает проведение экспонирования с минимальным зазором между ними, использование СИ мягкого спектра (для уменьшения эффективной длины свободного пробега вторичных элек-
тронов) [2] и создания гелиевой атмосферы в рабочей камере [1, 3]. Уменьшение зазора снижает размытие теневой проекции маскирующего рисунка на поверхности резиста вследствие уменьшения полутени и величины первой зоны Френеля [2], и улучшает теплоперенос между рабочими поверхностями подложки (находящейся в "тепловом контакте" с кассетой и кареткой подвижки) и шаблона (наиболее нагреваемого СИ), позволяя снизить температурные деформации его маскирующего рисунка.
Ниже описана конструкция установки для проведения трафаретной синхротронной сканирующей рентгеновской литографии, размещенной на канале вывода СИ из накопителя ВЭПП-4М к метрологической станции "Космос" [4]. Установка в первую очередь ориентирована на реализацию высокоточного переноса топологических рисунков шаблонов на подложки посредством СИ мягкого спектра (X ~ 3—10 А), что расширяет диапазон возможностей оборудования центра коллективного пользования Сибирского центра синхротронного и терагерцевого излучения (ЦКП СЦСТИ), так как предназначенная для глубокой рентгенолитографии ЬЮЛ-станция [5] работает в области более жесткого спектра (X ~ 1 А). Возможность варьирования спектра экспонирующего СИ в широких пределах и подстройки его под конкретную задачу путем установления соответствующих фильтров и изменения рабочей энергии ВЭПП-4М является важным достоинством описываемой установки.
ИСТОЧНИК СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И КАНАЛ ЕГО ВЫВОДА
В качестве источника экспонирующего излучения выбран электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-4М, работающий в режиме накопительного кольца, основные влияющие на рентгеноли-тографический процесс параметры которого приведены в табл. 1.
Выводимое в канал излучение генерируется электронами при прохождении поворотного магнита, радиус электронной орбиты в котором составляет р * 19.3 м. Важной особенностью работы ВЭПП-4М является возможность оперативной перестройки энергии циркулирующих электронов, что позволяет оптимизировать спектр СИ в зависимости от выполняемых задач и существенно расширить диапазон материалов, используемых для изготовления обрабатываемых подложек (поскольку в общем случае переход в более мягкую спектральную область позволяет снизить до приемлемых уровней нежелательные флуоресцентные потоки, идущие от рабочих поверхностей подложек).
Длина волны, соответствующая максимуму спектральной интенсивности генерируемого СИ (^тах), может быть рассчитана по формуле [3]:
^шах [А] * 0.42^ [А] * 2.35р [м]/Е [ГэВ],
где Хс — критическая длина волны, р — радиус орбиты электронов, Е — их энергия (в этой и последующих формулах в квадратных скобках указаны единицы измерения).
Для проведения прикладных работ по метрологии и рефлектометрии в 2007 г. в ЦКП СЦСТИ был изготовлен канал вывода СИ из накопителя ВЭПП-4М. Длина канала составляет ~30 м, он не содержит стационарных вакуумноплотных окон,
Таблица 1. Параметры ВЭПП-4М и установки
Энергия циркулирующих электронов Е, ГэВ 1.5-5.5
Радиус орбиты в поворотном магните р, м 19.3
Типичный диапазон тока накопителя I, мА 1-20
Горизонтальный размер источника СИ с1, мм ~1
Расстояние от источника до установки Я, м -26
Максимальная амплитуда сканирования ±50
каретки, мм
сопряжение его частей: высоковакуумной, контактирующей с объемом накопителя (с давлением до 10-6 Па), и низковакуумной, примыкающей к экспериментальному объему (до 10-4 Па), обеспечивается дифференциальной откачкой. Размещение на канале описываемой установки, эксплуатация которой предполагает создание внутри нее газовой (гелиевой) рабочей атмосферы (до 102 Па), потребовало установления дополнительного ручного шибера, содержащего вакуумноплотное окно, выполненное из радиационно-стойкой полиэфир-эфиркентоновой (ПЭЭК) пленки толщиной 8 мкм. При проведении работ по рентгенолитографии шибер находится в закрытом состоянии, пропуская СИ и препятствуя распространению гелия в высоковакуумную часть канала.
УСТАНОВКА И НЕКОТОРЫЕ
АСПЕКТЫ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ
На рис. 1 приведена схема рентгенолитографи-ческой установки, а на рис. 2 представлена фотография, иллюстрирующая ее внешний вид. Кор-
Рис. 1. Схема установки. 1 — рентгенопрозрачное вакуумноплотное разделительное окно, 2 — шибер, 3 — сильфонный узел, 4 — камера экспонирования, 5 — система юстировки, 6 — однокоординатная прецизионная подвижка, 7 — облучаемая система, состоящая из подложки с резистом и рентгеношаблона, 8 — напуск гелия в камеру, 9 — датчик давления.
Рис. 2. Внешний вид установки.
пусом установки является крестовина с пятью портами (выводами) ДУ100, два из которых обеспечивают состыковку с каналом, а верхний, нижний и фронтальный порты заглушены фланцами. На фланце фронтального порта имеется окно для наблюдения за положением каретки однокоорди-натной подвижки, которая крепится к верхнему фланцу (его фотография в собранном виде приведена на рис. 3). Этот фланец конструктивно выполнен таким образом, что может поворачиваться на любой угол вокруг вертикальной оси для обеспечения "наклонного экспонирования" при формировании 3D-структур, а по окончании литографических работ заменяется заглушкой для беспрепятственного распространения СИ вдоль канала к экспериментальному объему станции "Космос". К каретке крепится специальная кассета, в которой жестко фиксируются шаблон и подложка, имеющие диаметры до 60 мм.
Наилучшее разрешение достигается при реализации контактной литографии, однако во избежание непосредственного контакта резиста с тонкой несущей мембраной (что может привести к ее прилипанию к резисту и порывам при смене подложки) применяются тонкие (толщиной от 2.5 мкм) полимерные (например, из полиэтилентерефтала-та — ПЭТФ) пленки, вводимые в зазор и задающие его величину [6]. Фиксация шаблона и подложки между собой может осуществляться механически или посредством электростатического прижима (если они электропроводящие или содержат электропроводящие слои, причем электрическое напряжение подается на них непосредственно в рабочей камере по достижении предельного вакуума, в результате величина зазора при применении шаблонов и подложек с плоскими рабочими поверхностями становится практически равной толщине разделяющей полимерной пленки).
Рис. 3. Верхний фланец с прикрепленной к нему подвижкой.
Некоторые основные параметры установки приведены в табл. 1. Горизонтальная апертура пучка СИ ф) ограничена элементами канала и в рабочей плоскости (где располагаются шаблон и подложка) установки составляет ~35 мм. Вертикальная апертура обратно пропорциональна энергии циркулирующих в накопителе электронов и составляет несколько миллиметров (мощность СИ сосредоточена в медианной плоскости накопителя в угле 9 « 1/у, где у — релятивистский фактор электронов). Однородность экспозиционной дозы по поверхности резиста достигается реализацией возвратно-поступательного движения каретки по вертикали с амплитудой до ±50 мм, что обеспечивает экспонирование площади размером до ~35 х 85 мм2 с однородностью <1%.
Благодаря тому, что расстояние от источника СИ до рабочей плоскости установки большое (Я ~ 26 м), а типичный зазор г достаточно мал (г < < 100 мкм), удается снизить до пренебрежимо малых величин влияние на геометрию формируемой резистивной маски факторов, возникающих из-за расходимости пучка и "неточечности" источника: максимальное смещение края изображения (8тах ~ < 70 нм), полутеневое размытие (# ~
~ йг/Я < 4 нм).
Продолжительность экспозиции зависит от величин электронного тока в накопителе, амплитуды сканирования, чувствительности рези-ста, спектра падающего на резист СИ и кажды
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.