Резисты для рентгеновской литографии

Рентгеновские лучи с длиной волны в диапазоне 0.1 - 5 нм (энергия фотонов в диапазоне 10 - 0.25 кэВ) испытывают незначительное рассеяние при прохождении через материал резиста. Рентгеновский луч движется по прямой траектории до тех пор, пока не захватится атомом, который испускает при этом фотоэлектрон. Энергия фотоэлектрона равна энергии фотона рентгеновского излучения за вычетом энергии связи в несколько электрон-вольт, необходимой для удаления электрона из электронной оболочки атома. Наиболее вероятным направлением движения электрона является направление, перпендикулярное движению фотона рентгеновского луча, т. е. в плоскости резиста.

Возбужденный атом возвращается в свое основное состояние, испуская флуоресцентное рентгеновское излучение, или оже-электроны. Флуоресцентное рентгеновское излучение поглощается другим атомом, и процесс повторяется. Поскольку все процессы заканчиваются эмиссией электронов, поглощение рентгеновского излучения материалом резиста может быть представлено как испускание потока вторичных электронов. Эти электроны экспонируют резист, разрывая молекулярные цепи полимера или образуя между ними поперечные связи в зависимости от типа резиста. Все электронные резисты являются так же и рентгеновскими.

Одним из путей повышения чувствительности является увеличение поглощения резистом рентгеновского излучения. Поглощение рентгеновских лучей описывается уравнением:

I= I₀exp(-at),

где t - толщина слоя резиста,
a - линейный коэффициент поглощения,
I₀ и I - интенсивность излучения до и после поглощения соответственно.

Поглощение может повышаться с увеличением коэффициента поглощения, который связан с атомным поперечным сечением захвата рентгеновского излучения компонентами резиста. Поперечное сечение захвата рентгеновского излучения электронами в данной электронной оболочке атома изменяется с длиной волны излучения и резко увеличивается при определенных критических величинах длин волн (см. рис). Критические величины длин волн соответствуют энергиям рентгеновского излучения, достаточным для удаления электронов из электронных оболочек атомов К, L₁ и т. п. Например, рентгеновское излучение с длиной волны немного более l_k не может захватываться электронами К-оболочек, следовательно, в этой точке происходит резкое падение поперечного сечения захвата.

Чувствительность рентгеновских резистов повышается при включении в их состав компонент, у которых край поглощения лежит вблизи резонанса с длиной волны экспонирующего облучения. Например, хлор имеет длину волны характеристического К - излучения 0.44 нм и, следовательно, сильно поглощает излучение РdLa с длиной волны 0.437 нм. Негативные рентгеновские резисты с чувствительностью выше 10 мДж/см² получены введением Сl в полимер резиста.

Несмотря на высокую чувствительность и возможность обеспечения большой производительности установок экспонирования, негативные резисты имеют ограниченную разрешающую способность из-за его разбухания и уплотнения во время процесса проявления. Сухое проявление путем плазменной обработки позволяет избежать разбухания. В последнее время было разработано несколько типов негативных резистов, проявляемых в плазме.

Эти резисты состоят из поглощающего основного полимерного материала и полимеризуемой мономерной добавки, вводимой в структуру основного материала под воздействием рентгеновского излучения. Негативные рентгеновские резисты получают введением кремнийсодержащих металлоорганических мономеров в хлорированное полимерное поглощающее вещество. Они могут быть полностью экспонированы в течение 1 минуты и проявлены в кислородной плазме. Разрешающая способность резиста составляет величину <0.5 мкм.

Резист состоит из основного полимерного вещества Р и металлоорганического мономера. Излучение, падающее на резист, полимеризует мономер и основной полимер, включая в состав основного вещества металлоорганическую компоненту. После экспозиции пленка резиста высушивается в вакууме для удаления неполимеризованного мономера.

Изображение на резисте проявляется с использованием кислородной плазмы. Основным предполагаемым механизмом проявления является механизм, основанный на превращении металлоорганического мономера в окисел металла, который предохраняет остающийся резист от воздействия кислородной плазмы. Этот защитный слой далее увеличивает разницу в скорости удаления в плазме экспонированного и неэкспонированного резиста, и, таким образом, происходит проявление изображения.