WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 1998, том 68, № 1 06;12 Влияние электронного облучения вакуумного резиста NOVER-1 на его стойкость к ионно-лучевому травлению © Ю.И. Коваль, В.Т. Петрашов Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН, 142432 Черноголовка, Московская область, Россия (Поступило в Редакцию 19 мая 1997 г.) Было изучено влияние облучения электронами на стойкость резиста NOVER-1 к ионно-лучевому травлению. Для травления использовались ионы Ar с энергиями от 300 до 2500 eV. Было обнаружено, что в зависимости от энергии ионов и угла их падения на поверхность резиста электронное облучение может приводить как к ускорению, так и к замедлению травления NOVER-1. Наблюдается четкая корреляция между глубиной проникновения ионов в резист и характером влияния облучения электронами на стойкость резиста к травлению. При энергии ионов больше 500 eV (глубина проникновения ионов 3.5 nm) стойкость уменьшается, при небольших дозах электронного облучения проходит через минимум и возвращается к скорости травления исходного резиста при больших дозах электронного облучения. При скользящих углах травления ( 70 к нормали поверхности) и малой энергии ионов (300 eV), т. е. при малой глубине проникновения ионов ( 2.5 nm), облученный электронами резист травится медленнее исходного во всем диапазоне исследованных доз электронного облучения. Этот эффект может быть использован для структур в резисте с высотой больше ширины с целью увеличения их стойкости, которая в данном случае определяется преимущественно скоростью травления наклонных фасеток.

Одной из важных характеристик резистов является их лучевому травлению нам представляется актуальной застойкость к ионно-лучевому травлению. Известно, что дачей. Кроме того, электронное облучение структур в полимерные резисты обладают относительно невысокой резисте представляет и практический интерес. Так, ранее стойкостью к ионно-лучевому травлению и в случае было показано, что электронное облучение структур в использования резистов в качестве масок травления таком электронном резисте, как полиметилметакрилат, это оказывается серьезным недостатком. Для удовле- позволяет улучшить их маскирующие свойства [5]. При творения требований к стойкости можно использовать этом улучшалось поведение резиста при нагреве во толстые резисты. Однако для субмикронных и особенно время ионно-лучевого травления и уменьшалось влияние нанометровых размеров увеличение толщины резистов эффекта фасетирования.

приводит к ухудшению разрешения литографии и поэтоВ качестве объекта исследований в данной работе му оказывается практически неприемлемо. Кроме того, был выбран резист NOVER-1 (negative organic vacuum толстые маски приводят к проявлению ряда хорошо E-beam resist). NOVER-1 был разработан как резист для известных негативных эффектов, таких как перепылеэлектронно-лучевой литографии, позволяющей реализоние, образование канавок по периметру структур за вать полностью сухой вакуумный цикл — нанесение, счет переотражения ионов от высоких стенок резиста, экспонирование, проявление и травление. В последних существенное отличие в стойкости структур разного работах было показано, что наряду с преимуществами, размера из-за проявления эффекта фасетирования (см., присущими вакуумному резисту (возможность равнонапример, [1]).

мерного нанесения на поверхности сложной тополоВозможность улучшения стойкости резистов ранее гии, отсутствие контактов с жидкостными проявителями рассматривалась неоднократно [2–4], однако понимание и возможность избежать контакта образцов с воздумеханизмов травления полимерных материалов явно не- хом), NOVER-1 обладает высоким разрешением (лучше достаточно для целенаправленного поиска. В настоящее 30 nm) и образует сплошные стабильные пленки толщивремя можно с уверенностью утверждать, что низкая ной менее 30 nm [6,7].

стойкость резистов во многом обусловлена природой В наших экспериментах резист толщиной около полимерных материалов и ионно-лучевое травление по0.3 µm наносился термическим испарением из лодочки лимеров не сводится к физическому распылению, а во при температуре 150C. В качестве подложек использомногом определяется радиационно-стимулированными вались Si пластины. Электронное облучение проводилось процессами в приповерхностном слое материала [5].

в релятивистской электронной машине BS-300 с подИзучение влияния различных видов излучения на ключенной системой программного управления пучком.

стойкость резистов к ионно-лучевому травлению может Энергия электронов составляла 16 keV, ток пучка — давать информацию о механизмах травления полимер- 300 pA. Экспонировались участки размером 15 20 µm ных материалов. Поэтому исследование влияния элек- дозами от 3 · 10-3 до 9 · 10-1 С/cm2. Далее резист тронного облучения на стойкость материалов к ионно- травился ионами Ar+ с энергиями 300–2500 eV в устаВлияние электронного облучения вакуумного резиста NOVER-1 на его стойкость... Зависимости толщины пленки резиста (1), стойкости резиста к ионно-лучевому травлению (2–5) от дозы электронного облучения.

Травление проводилось по нормали к поверхности резиста ионами с энергией 2500 (2), 500 (3), 300 eV (4) и под углом 70 по отношению к нормали к поверхности с энергией 500 eV (5).

новке ионно-лучевого травления [8]. Разница в скоростях Скорость ионно-лучевого травления органических маионно-лучевого травления необлученных и облученных териалов коррелирует с их стойкостью к радиационной областей приводила к образованию рельефа на Si под- деструкции. Это следствие того, что травление резистов ложке. После полного стравливания резиста измерялась происходит в результате одновременно протекающих разность высот между необлученными и облученными процессов физического распыления и образования слаобластями h с помощью оптического интерферометра. босвязанных низкомолекулярных фрагментов, которые Измерялась также глубина травления Si на участках, не могут десорбироваться. Поэтому высокая стойкость к защищенных резистом, h. Стойкость резиста определа- радиационной деструкции является одной из причин лась как (h0 - h)/h0. Данная методика позволяет по- относительно высокой стойкости NOVER-1 к ионнолучать на одном образце экспериментальные точки для лучевому травлению. Так, для ионов с энергией 300 eV одной энергии ионов в заведомо одинаковых условиях скорость травления составляет 19 nm/min, для 500 eV — экспонирования и травления на пленке резиста с одной 38 nm/min, для 2500 eV — 97 nm/min в пересчете на исходной толщиной. плотность ионного тока 1 mA/cm2.

В результате электронного облучения толщина рези- Исследуемый резист является негативным, поэтому ста незначительно уменьшается (кривая 1 на рисунке). при электронном облучении в нем наряду с деструкКинетики утонения описывается логарифмической зави- цией происходят процессы сшивания, которые являются симостью H(D) =H0 · 1 -A· ln(1 + D/D0), где H0 — доминирующими. При больших дозах облучения резист исходная толщина резиста, A и D0 — параметры, D — преобразуется в сильносшитую углеводородную сетку, доза электронного облучения. Известно, что утонение в которой при ионно-лучевом травлении образование является следствием радиационно-стимулированной де- слабосвязанных фрагментов менее вероятно и можно быструкции. Образующиеся низкомолекулярные фрагмен- ло бы ожидать повышения стойкости к ионно-лучевому ты покидают резист, а пустоты заполняются окружаю- травлению. Однако, как показали эксперименты, влияние щими молекулами, что и приводит к меньшению объема электронного облучения на стойкость к ионно-лучевому материала (в нашем случае толщины резиста). Оцен- травлению в значительной степени определяется условики по методу, предложенному в [9], показывают, что ями травления — энергией и углом падения ионов.

радиационный выход ge газообразования NOVER-1 в При ионно-лучевом травлении ионами с энергией пересчете на один атом в составе летучих фрагментов 2500 eV наблюдается уменьшение стойкости на 30% составляет 0.45 атомов на 100 eV поглощенной энергии. при дозах более 3 · 10-2 C/cm2 с выходом на плато Сравнение с другими резистами позволяет говорить об в области доз 5 · 10-2-4 · 10-1 C/cm2. Дальнейшее относительно высокой стойкости NOVER-1 к радиацион- увеличение дозы предварительного электронного облуной деструкции (например, для полиметилметакрилата чения приводит к росту стойкости практически до исходge = 12). ного состояния. Аналогичная зависимость наблюдается Журнал технической физики, 1998, том 68, № 142 Ю.И. Коваль, В.Т. Петрашов для ионов с энергией 500 eV. Однако на зависимости [5] Borzenko T.B., Koval Y.I., Kudryashov V.A. Microelectronic Engineering. 1994. V. 23. P. 337–340.

отсутствует плато в области минимума, уменьшение [6] Petrashov V.T., Abramenko Y.T., Zarubin V.A. et al. // Phys.

стойкости происходит только на 20%, а рост стойкости Low-Dim. Struct. 1994. N 11/12. P. 103–108.

начинается с гораздо меньших доз (6 · 10-2 C/cm2).

[7] Petrashov V.T., Abramenko Ju.T., Koval Ju.I., Aparshina L. // При уменьшении энергии ионов до 300 eV минимум Microelectronic Engineering. 1997. Vol. 35. P. 161–163.

пропадает и стойкость с увеличением дозы электронного [8] Коваль Ю.И., Ильичев Е.В. // ПТЭ. 1994. № 3. С. 118–125.

облучения монотонно возрастает. И наконец, при тра[9] Борзенко Т.Б. Канд. дис. Черноголовка, 1996.

влении под углом 70 к нормали к поверхности образца ионами с энергией 500 eV стойкость возрастает более чем в два раза с выходом на насыщение в области доз 6 · 10-2 C/cm2.

Таким образом, наблюдается четкая корреляция характера зависимости стойкости резиста к ионно-лучевому травлению от дозы электронного облучения с глубиной проникновения ионов. При травлении под углом (500 eV) ионы проникают на глубину менее 1 nm и наблюдается существенное увеличение стойкости. При нормальном падении 300 eV ионы проникают на большую глубину — около 2.5 nm, а стойкость резиста по-прежнему возрастает, но уже существенно слабее.

Когда ионы проникают на глубину 3.5 nm (500 eV), начинает наблюдаться немонотонность в изменении стойкости, более того, в отличие от предыдущих случаев она уменьшается в некотором диапазоне доз. Наиболее сильно это проявляется для ионов с энергией 2500 eV, глубина проникновения которых в резист составляет более 7 nm. В этом случае диапазон доз электронного облучения, в котором стойкость резиста уменьшается, становится существенно больше, а на зависимости, как уже ранее говорилось, появляется плато.

Несмотря на обнаруженную связь между поведением стойкости резиста и глубиной проникновения ионов, имеющихся данных недостаточно для объяснения наблюдаемых особенностей. Однако наблюдаемый эффект может быть использован для упрочнения масок из резиста NOVER-1 при малых (менее толщины резиста) размерах структур. В этом случае стойкость определяется в основном стойкостью к травлению фасеток на краях структур, нормаль к которым по отношению к пучку составляет 60-70. Возможность повысить стойкость краев структур более чем в 2 раза приводит к увеличению до 2 раз стойкости масок. Кроме того, упрочение стенок позволяет уменьшить уход размеров для структур с размерами порядка и более толщины пленок резиста.

Список литературы [1] Плазменная технология в производстве СБИС. Пер. с англ. / Под ред. Н. Айнспрука и Д. Брауна. М.: Мир, 1987.

469 с.

[2] Borzenko T.B., Vyatkin A.F., Gonchakova N.N. et al. // Vacuum. 1988. Vol. 38. P. 1007–1009.

[3] Beale M.I.J., Broughton C., Pidduck A.J., Deshmukh V.G.I. // Nucl. Instr. and Meth. 1987. Vol. B19/20. P. 995–1000.

[4] Gokan H., Tanigaki K., Ohnishi Y. // Sol. St. Technol. 1985.

N 5. P. 163–167.

Журнал технической физики, 1998, том 68, №




© 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.