Определение технологического окна для высокоаспектной рентгенолитографии

Для изготовления высокоаспектных 3D-структур часто используют метод глубокой рентгеновской литографии. При этом качество формируемых этим методом структур зависит не только от условий переноса рентгеновским излучением топологии сформированного на рентгеношаблоне рисунка, но и от условий проявления резиста (применяемого растворителя, режимов проявления и др.). Для оптимизации согласования условий необходимо также определить технологическое окно, в рамках которого диапазон экспозиционных доз и контраст шаблона согласованы с конкретными условиями проявления используемого резиста. В работе представлены результаты определения технологического окна для высокоаспектной рентгенолитографии. Применяемый алгоритм основан на анализе поведения функции заданного соотношения скоростей растворения резиста под прозрачными и непрозрачными участками литографической маски (рентгеношаблона). В качестве резиста использовали два разных вида полиметилметакрилата (ПММА). Условия полимеризации ПММА существенно влияют на его конечные свойства, в том числе на литографические характеристики. Предложенный алгоритм предполагал задание соотношения максимальной и минимальной скоростей проявления облученного ПММА и знание математической формулы характеристической кривой, описывающей процесс проявления в определенном растворителе и при заданных условиях. Показано, что данный алгоритм обеспечивает экспериментальную повторяемость результатов и высокое качество формируемого рельефа. Полученные результаты могут быть использованы при изготовлении высокоаспектных структур из рентгенорезиста или рентгеночувствительного материала (материала, скорость растворения которого меняется в зависимости от полученной экспозиционной дозы). Кроме того, разработанный алгоритм может быть применен к другим видам литографических процессов, если известна формула, описывающая характеристическую кривую.

1. Васильев А. А., Лучинин В. В., Мальцев П. П. Микросистемная техника. Материалы, технологии, элементная база / Электронные компоненты. 2000. № 4. С. 3 – 11.

2. Генцелев А. Н., Гольденберг Б. Г., Лемзяков А. Г. Рентгеношаблоны с многослойной несущей мембраной / Прикладная физика. 2020. № 5. С. 103 – 109.

3. Татаринцев А. А., Шишлянников А. В., Руденко К. В. и др. Влияние температуры проявления на контраст электронного резиста HSQ / Микроэлектроника. 2020. Т. 49. № 3. С. 163 – 169. DOI: 10.31857/S0544126920030060

4. Derevyanko D. I., Orlova N. A., Shelkovnikov V. V., et al. Fabrication of High-Aspect-Ratio Microstructures on Tetraacrylate/Acrylamide Monomers Using Synchrotron Radiation / High Energy Chemistry. 2019. Vol. 53. N 2. P. 136 – 142. DOI: 10.1134/S0018143919020048

5. Имамов Р. М., Клечковская В. В., Галиев Г. Б. и др. Диагностика многослойных наноматериалов методами рентгеновской и электронной кристаллографии / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82. № 9. С. 31 – 42.

6. Каплунов И. А., Молчанов В. Я., Юшков К. Б. и др. Мультиспектральная микроскопия: состояние и тенденции развития / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 8. С. 41 – 46.

7. Валиев К. А., Раков А. В. Физические основы субмикронной литографии в микроэлектронике. — М.: Радио и связь, 1984. — 352 с.

8. Кириленко А. Г., Кривоспицкий А. Д., Семин Ю. Ф. Рентгенолитография в микроэлектронике / Зарубежная радиоэлектроника. 1980. Т. 17. № 1. С. 36 – 57.

9. Аристов В. В., Копецкий И. В., Коханчик Г. И. и др. Перспективы использования мягкого рентгеновского излучения в субмикронной литографии / Поверхность. Физика, химия, механика. 1983. № 11. С. 5 – 15.

10. Литвинов Ю. М., Мазуренко С. Н., Матвеев В. М. Синхротронное излучение в микроэлектронике. Ч. 1. Свойства и применение в микроэлектронной технологии / В кн.: Обзоры по электронной технике. — Электроника, 1989.

11. Мазуренко С. Н., Мануйлов В. В., Матвеев В. М. Моделирование процессов генерации и энергетических потерь фото- и оже-электронов при рентгеновском экспонировании полимерных резистов / Микроэлектроника, 1990. Т. 19. Вып. 3. С. 284 – 292.

12. Murata K., Kotera M., Nagami K., Namba S. Monte-Karlo modeling of the photo and Auger electron production in X-ray lithography with synchrotron radiation / IEEE Trans. Electron Dev. 1985. Vol. 32. N 9. P. 1694 – 1703.

13. Назьмов В. П. Исследование воздействия синхротронного излучения на толстые слои полимерных материалов в процессах формирования микроструктур с высоким аспектным отношением: дис. ... канд. физ.-мат. наук. — Новосибирск, 1999. — 180 с.

14. Генцелев А. Н., Гольденберг Б. Г., Петрова Е. В. и др. Исследование влияния синхротронного излучения на термофизические параметры рентгенорезиста ПММА / Поверхность. Рентгеновские синхротронные и нейтронные исследования. 2012. № 1. С. 14 – 20.

15. Feder R., Spiller E., Topalian J. X-ray Lithography / Polymer engineering and science. 1977. Vol. 17. N 6. P. 385 – 389.

16. Spiller E., Feder R., Topalian J. Lithography and microscopy with X-rays / Physics in Technology. 1977. Vol. 8. N 1. P. 22 – 28.

17. Генцелев А. Н., Дульцев Ф. Н., Варанд А. В. и др. Способ изготовления микрофлюидных биочипов / Поверхность. Рентгеновские синхротронные и нейтронные исследования. 2020. № 12. С. 105 – 112. DOI: 10.31857/S1028096020120122

18. Назьмов В. П., Варанд А. В., Михайличенко М. А. и др. Полиметилметакрилат с молекулярной массой 107 г/моль для рентгеновской литографии / Поверхность. Рентгеновские синхротронные и нейтронные исследования. 2023. № 6. С. 27 – 31. DOI: 10.31857/S1028096023060110

19. Генцелев А. Н., Баев С. Г. Способы изготовления самонесущих рентгеношаблонов / Прикладная физика. 2022. № 1. С. 75 – 82. DOI: 10.51368/1996-0948-2022-1-75-82

20. Генцелев А. Н., Баев С. Г. Изготовление планарных элементов терагерцовой оптики посредством глубокой трафаретной рентгенолитографии / Автометрия. 2022. № 2. С. 104 – 112. DOI: 10.15372/AUT20220212

21. Ehrfeld W., Bley P., Gotz F., et al. Progress in deep-etch synchrotron radiation lithography / J. Vac. Sci. Technol. 1988. B6. N 1. P. 178 – 182.

22. Artamonova L. D., Gentselev А. N., Deis G. A., et al. X-ray lithography at the VEPP-3 storage ring / Review of scientific instruments. 1992. Vol. 63. N 1. P. 764766.

23. Reznikova E., Morh J., Hein H. Deep photo-lithography characterization of SU-8 resist layers / Microsystem technologies. 2005. N 11. P. 282 – 291. DOI: 10.1007/S00542-004-0432-1

24. Генцелев А. Н., Дульцев Ф. Н., Кондратьев В. И. и др. Формирование толстых высокоаспектных резистивных масок методом контактной фотолитографии / Автометрия. 2018. № 2. С. 20 – 29. DOI: 10.15372/AUT20180202

25. Jae Man Park, Jong Hyun Kim, Jun Sae Han, et al. Fabrication of Tapered Micropillars with High Aspect-Ratio Based on Deep X-ray Lithography / Materials. 2019. 12(13). 2056. DOI: 10.3390/ma12132056

26. Bogdanov A., Peredkov S. Use of SU-8 photoresist for very high aspect ratio X-ray lithography / Microelectronic Engineering. 2000. Vol. 53. P. 493 – 496. DOI: 10.1016/S0167-9317(00)00363-4