Применение электроно - и рентгенорезистов, как и фоторезистов, требует оценки их чувствительности G, разрешающей способности и контрастности у. Здесь наблюдаются особенности, обусловлен­ные природой актиничного излучения.

Для оценки чувствительности электроно - резиста используют два способа: либо вы­ражают чувствительность радиационно­химическим выходом структурирования G(X) или деструкции G(S) (их определе­ние см. в разделе VII.2), либо получают кривую чувствительности и находят ряд ее параметров. Для экспериментального

Рис. VII. 15. Зависимость от дозы излучения О:

1 — нитрат целлюлозы; 2 — ПММА; 3 — поли-а-гидроксиизо - масляная кислота. Df МГо

определения G(S) и G(X) исходят из теоретически выведенных уравнений (VII. 24) и (VII. 27). В том случае, если полимер при облучении только деструктирует, исходят из уравнения (VII. 43) изменения среднечисленной степени полимеризации после облу­чения:

1 /Мп (£>) = 1/Мп (0) + Q (S) £>/(9,6 • 10») (VII. 43)

где М„(0) и Mn(D)—средиечисленная ММ полимера до и после облучения дозой D.

Мп можно определить экспериментально: классическим осмо - метрическим методом или методом ГПХ, в некоторых случаях совместно с МРС. Из тангенса угла наклона прямолинейной зави­симости /Мп от дозы излучения D (рис. VII. 15) можно вычислить G(S). По чувствительности к потоку электронов нитрат пеллю - лозы, следовательно, сравним с ПММА, а поли-а-гидроксиизомас - ляная кислота — хуже ПММА,

Сложнее определение G(S) и G(X), когда в полимере при об­лучении протекают одновременно структурирование и деструкция. В этом случае из уравнений для среднечисленной и среднемассо­вой степени полимеризации получают два уравнения, выведенные в предположении наиболее вероятного ММР:

l/Mn (D) = 1 /Мп (0) + 9,6 • 10» [О (S) - О (X)] D (VII. 44)

1/М» (D) = 1/М. (0) + 9,6 • 10» [О (S) - 4G (X)] D (VII. 46)

где Ма,(0) и Mn(D)—среднемассовая ММ полимера до и после облучения дозой D.

Измеряют значения Мп и Mw при помощи рассеяния света, ГПХ и ГПХ—МРС, а из тангенса угла наклона [74] прямых вычисляют

значения G(S) и G(X). В случае преобла­дания структурирования значения G(S) и G(X) можно найти также из золь-гель - анализа образцов, экспонированных до точ­ки гелеобразования. На рис. VII. 16 приве­дены экспериментально определенные мас­совые доли геля wr в зависимости от нор­мализованной дозы излучения D/Dr для со­полимера бутадиена с 2,3-эпоксипропилмет-

Рис. VII. 16. Зависимость массовой доли геля wr от норма* лнзованной дозы излучения DjDr для сополимера бута* диена с 2,3-эпокснпропнлметакрнлатом.

акрилатом. Кривая, построенная путем минимализации, дает зна­чения G(S) « 0 и 0(Х)= 2,7 [75]. Это простая экспериментальная методика требует, однако, расчетов на ЭВМ.

Обычно кривые чувствительности хорошо воспроизводятся. Как будет показано ниже, в некоторых случаях (прежде всего у пози­тивных резистов) они не дают полного совпадения с приводимыми в литературе значениями литографической чувствительности, ко­торые выражаются, как правило, в единицах дозы излучения на единицу площади. Параметры чувствительности в этом случае лучше рассматривать совместно с критериями контрастности. Чув­ствительность и контрастность зависят от свойств и структуры компонентов полимерных резистов: химического состава, ММ,

ММР, Гс, плотности, средней атомной массы (только для рент - генорезистов); а также от параметров технологического процесса; состава проявителя, условий проявления, предварительного и за­ключительного отверждения.

Определение чувствительности негативных электронорезистов хорошо иллюстрирует рис. VII. 17, а. Полимерный резист, нанесен­ный на подложку, на заранее определенной площади экспониру­ется рядом подходящих доз излучения. После проявления в стан­дартных условиях для данных доз определяют толщину резиста de и нормализуют эти значения, т, е. относят их к максимально

достигнутой толщине слоя d“aKC (как правило меньшей, чем пер­воначальная толщина резиста d). Получают график в координа­тах h — lgZ) (где h — нормализованная толщина слоя, h — =de/deaKC} и величиной Д.', как правило, характеризуют чув­ствительность негативного резиста. Эта величина отвечает дозе ионизирующего излучения до точки гелеобразования DT, но может не совпадать с ней по абсолютному значению. Так же как и DT, Dр зависит от ММ полимера резиста Mw{0) до облучения, что

Рис. VII. 17. Кривые чувствительности негативных (а) н позитивных (0) электронорезистов! 1 — резист; 2 — подложка.

является причиной различия в значениях, приводимых разными авторами для одного типа резиста. При необходимости сравнения чувствительности разных негативных резистов нельзя обойтись без Mw, так как только произведение D‘mw(0) Дает реальную основу для их сравнения. Однако и в этом случае причиной раз­личных значений может быть ММР. Доза D* на рис. VII. 17, а отвечает достижению h ж 0,5. Коэффициент контрастности у на­ходят из соотношения:

V = l/(lg D°r - lg д') = (lg £>?/£>')_1 (VII. 46)

где — доза излучения, необходимая для 100 %-ного сшивания резиста, т. е. для достижения d“aKC.

Коэффициент контрастности у является мерой скорости струк­турирования, зависит прежде всего то ММР (с уменьшением ши­рины ММР у возрастает) и, как будет показано ниже, прямо про­порционален разрешающей способности резиста,

Определение чувствительности позитивных резистов проводят двумя несколько различающимися способами. Первый способ [76], принцип которого подобен применяемому для негативных рези­стов, иллюстрируется рис. VII. 17, б. Полимерный резист экспони­руют разными дозами и при условии одинакового режима прояв­ления находят величины йе и dTPl получают зависимость нор­мализованной толщины h = de/de°p от lg D (Dnop отвечает чув­ствительности позитивного резиста). Коэффициент контрастности у для позитивных резистов по аналогии с негативными резистами определяют по уравнению:

Y = l/(lg Dp - lg Dnop) = (lg Dp/Dnop)-1 (VII. 47)

где Dnop — экспозиционная доза, отвечающая началу изменения растворимости резиста (Dn0p соответствует DlT для негативных резистов); Dp — минимальная экспозиционная доза, отвечающая полному растворению резиста.

Чувствительность, следовательно, определяется как доза излу­чения, вызывающая полное растворение резиста при данных усло­виях проявления. Как правило, эта доза не равна наиболее низ­кому значению, при котором можно растворить весь облученный полимер. В случае использования термодинамически лучшего рас­творителя [77] облучение может быть проведено меньшей дозой, но при этом возрастает также растворимость необлученного поли­мера, что часто является причиной технологического брака. Пельц - бауер и Вагнер предложили [78] с целью исключения различий в чувствительности резистов, обусловленных разной толщиной и разной длительностью проявления, использовать стандартные толщину слоя 1 мкм и время проявления 1 мин.

Условию стандартизации определения чувствительности пози­тивных электронорезистов в наибольшей степени отвечает мето­дика, разработанная в лабораториях фирмы IBM (США) [79]. Сначала экспериментально подбирают такие условия проявления, чтобы время полного проявления неэкспонированного слоя данного резиста толщиной 1 мкм составляло 1240 с (стандартный режим проявления). Затем регистрируют толщину слоя в процессе прояв­ления резиста, экспонированного разными дозами (рис. VII. 18,а). Из этой зависимости для каждой дозы облучения и времени, соот­ветствующего d = 0, находят толщину неэкспонированного слоя резиста dPac4, зависимость которой от дозы представлена на рис. VII. 18, б. Оптимальная чувствительность D0пт определяется из полученной таким образом зависимости графической экстрапо­ляцией к исходной толщине резиста.

При определении величин Dlr, Dnoр, -DonT непосредственно не учитывается ММ резиста, в последнее время рекомендовано выра­жать чувствительность произведением DBopMw или DlMw где Mw— среднемассовая ММ исходного резиста [25]. Однако и при таком способе выражения чувствительности в нем не находит отражение влияния ММР,

С точки зрения практического использования электронорезис - тов в данном технологическом цикле так же, как и в случае фото­резистов, наибольшее значение имеет так называемая литографи­ческая чувствительность, т. е. доза, при которой достигаются мини­мальные отклонения экспонированных и неэкспонированных линий одинаковой ширины от размеров, заданных программой. Для нега­тивных резистов эта доза примерно соответствует D0i5.

Новая техника определения радиационно-химического выхода сшивания G(X) или деструкции G(S) полимера приводится в раз­работке фирмы Bell [80].

Изменение растворимости при облучении позитивных электро - норезистов, в значительной мере определяющей возможности их применения, изучалось применительно к литографии не только экспериментально, но и теоретически [81]. Для некоторых типов позитивных резистов изменение растворимости может изменить их чувствительность на порядок.

Разрешение, достигаемое на данной стадии литографического процесса, определяется параметрами экспонирующего устройства, свойствами резистов и факторами, влияющими на скорость обра­ботки слоя резиста и образование нужного рельефа. Когда указы­вается разрешающая способность резиста, необходимо всегда при­водить условия, в которых был образован рельеф, прежде всего ускоряющее напряжение, толщину слоя резиста, условия обработки резиста, а в некоторых случаях и последующих слоев [82], и спо­собы измерения ширины линий. Без этих основных данных невоз­можно сравнивать отдельные материалы и сопоставлять резуль­таты литографических процессов. Ниже перечислены факторы, ока­зывающие влияние на разрешающую способность электронной (I), рентгеновской (II) и ионной (III) литографии.

Экспонирующее устройство: ускоряющее напряжение источника (I), размер пучка измерения и его форма (I), геометрия рельефа (I), длина волны излучения (II), рисунок маски (II), коэффициент контрастности маски (II), масса и заряд ионов (III).

Материал для литографии (I—III): состав резиста, толщина слоя резнста, Тс полимерного резиста, коэффициент контрастности резиста, атомный номер элемента, входящего в состав материала подложки (I), толщина подложки (I), чувствительность резиста.

Технологические факторы (I—III): температура предваритель­ной термообработки, состав проявителя, режим плазменного уда­ления вуали, способ травления.

Формирование микроструктур с минимальными размерами ме­нее 100 нм сопровождается дополнительными трудностями. На качество такого изображения влияют энергия и экспозиционная доза; ширина линий зависит от степени экспонирования отражен­ными и рассеянными электронами. Необходимо учитывать слой - ность системы, материал подложки, условия проявления, характер последующих операций [83].