Разработка перспективных методов литографии для получения рисунка на внутренней поверхности дефлектрона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.07, кандидат технических наук Тупик, Виктор Анатольевич

• Тупик, Виктор Анатольевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тупик, Виктор Анатольевич

Введение

Глава 1. Проблемы получения микрорисунка на криволинейных поверхностях

1.1. Отклоняющие системы на основе дефлектрона

1.2. Методы получения микрорисунка на внутренних поверхностях тел, имеющих криволинейную поверхность

1.3. Лазерная обработка пленок на криволинейных поверхностях

1.4. Субмикронные методы получения рисунка

Глава 2. Исследование процесса испарения пленки на внутренней поверхности цилиндра серией лазерных импульсов

2.1. Разработка математической модели теплового поля в подложке при нагреве серией лазерных импульсов

2.2. Применение лазерной литографии для изготовления дефлектрона

Глава 3 . Анализ процесса взаимодеиствия рентгеновского излучения с системой резист-подложка

3.1. Анализ влияния фото- и оже-электронов на процесс экспонирования в рентгенолитографии

3.2. Экспериментальное определение влияния фото- и оже- электронов на разрешающую способность рентгенолитографии

Глава 4. Разработка оборудования, методик и проведение экспериментальных исследовании по рентгенолучевому экспонированию

4.1. Выбор параметров источника рентгеновского излучения

4.2. Расчет и конструирование электронной пушки

4.3. Разработка и изготовление рентгеношаблона

4.4. Исследование коэффициентов поглощения рентгеновских резистов

4.5. Оценка оптимальных условий экспонирования для рентгенолитографических систем

Глава 5. Исследование применимости рентгеновской литографии для производства дефлектронов

5.1. Разработка опытного макета для изготовления дефлектрона с помощью рентгенолитографии

5.2. Разработка метода контроля топологии внутренней поверхности дефлектрона

5.3. Исследование ионной и плазменной стойкости рентгенорезистов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка перспективных методов литографии для получения рисунка на внутренней поверхности дефлектрона»

Целью работы является решение комплекса вопросов, связанных с разработкой перспективной технологии для изготовления цилиндрических пленочных узлов, применяемых в радиоэлектронной аппаратуре, позволяющих наряду с увеличением разрешающей способности процессов повышать выход годных приборов.

На основе пленочных структур на цилиндрических подложках реализуют электростатические узлы отклонения электронного луча (дефлектроны), находящие применение в передающих телевизионных трубках и других фотоэлектронных приборах. Дефлектроны значительно технологичнее электромагнитных отклоняющих систем, более устойчивы к механическим нагрузкам. Полупроводниковые приборы с переносом заряда для передачи изображения не могут вытеснить электронно-лучевые из области обычного телевидения, а в технике телевидения высокой четкости электронно-лучевые приборы передачи изображения в ближайшей перспективе остаются вне конкуренции. Таким образом, совершенствование технологии производства цилиндрических пленочных узлов является актуальной задачей.

Была поставлена задача на примере изготовления дефлектрона разработать технологию получения рисунка на внутренней поверхности цилиндрической подложки без применения фотолитографии. Для достижения поставленной цели были изучены возможности перспективных лучевых способов размерной обработки тонких пленок на основе лазерного и рентгеновского излучений и решены следующие задачи:

- разработана и исследована математическая модель термического воздействия на подложку импульсов лазерного излучения при различных частотах следования импульсов с целью определения технологических параметров для обработки узлов;

- разработана технологическая установка лазерной обработки пленочных узлов на цилиндрических подложках;

- проведен анализ процессов взаимодействия рентгеновского излучения с резистом и подложкой для определения основных параметров, влияющих на разрешающую способность процесса рентгеновского экспонирования;

- разработан и проведен расчет параметров источника рентгеновского излучения, на его основе изготовлен экспериментальный макет для отработки процесса рентгенолитографии на плоских подложках;

- разработан и изготовлен рентгеновский шаблон для проведения лабораторных исследований процесса рентгеновского экспонирования на плоских подложках;

- разработана методика и исследованы спектры поглощения рентгеновского экспонирующего излучения в резистивной пленке и определены рентгенолитографические характеристики наиболее распространенных рентгенорезистов;

- разработан метод нанесения резиста на внутреннюю поверхность цилиндрической подложки;

- исследована ионная и плазменная стойкость получаемых рентгеновским экспонированием защитных рельефов;

- разработано устройство для рентгеновской литографии, позволяющее получать рисунок на внутренней поверхности цилиндрической подложки;

- разработан метод неразрушающего контроля микрорисунка на внутренней поверхности цилиндрической подложки.

Методы решений указанных выше задач основаны на применении математического аппарата решения уравнений Лапласа в цилиндрических координатах, интегральных преобразований Лапласа и Ханкеля, теории специальных функций, методов вычислительной математики.

В ходе теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в диссертационной работе, были сформулированы следующие научные положения, выносимые на защиту:

- оптимальный режим лазерной безрезистной литографии на криволинейной прозрачной поверхности достигается при совокупности параметров, связывающих коэффициент пропускания подложки, длину волны, мощность, длительность импульса и частоту следования обрабатывающего лазерного излучения и скорость перемещения потока излучения по поверхности образца;

- влияние материала подложки на разрешающую способность рентгеновского экспонирования возрастает с ростом атомного номера вещества подложки в обратно-пропорциональной зависимости от длины волны экспонирующего излучения в диапазоне 0,1ч-1,5 нм. Разрешающая способность процесса рентгенолучевого экспонирования, определяемая вкладом фото- и оже-электронов подложки, лежит в области 50-60 нм для более длинных волн (порядка 0,8 нм) и в области 100 нм для более коротких волн (порядка 0,4 нм);

- применение оптимального диапазона рентгеновского излучения, лежащего в интервале 0,8-1,4 нм, позволяет реализовать способ твердотельной рентгеновской литографии на цилиндрических подложках.

Основные теоретические выводы, полученные в работе, подтверждены результатами экспериментальных исследований.

Приведены отработанные технологические параметры испарения металлических пленок на стеклянных подложках с применением твердотельного импульсного лазера ЛТИ-501, позволяющие получать заданное качество обработки пленки и подложки. Приведен технологический процесс изготовления шаблонов для рентгеновской литографии. Разработан и изготовлен на основе пушки Пирса источник рентгеновского излучения и макет для отработки в лабораторных условиях технологии экспонирования рентгенорезистов и исследования их литографических характеристик.

Разработана методика нанесения резиста на внутреннюю поверхность цилиндрической подложки. Разработана методика получения дефлектрона с использованием рентгеновской литографии. Разработана методика контроля рисунка на внутренней поверхности цилиндрической подложки с коррекцией дефектов типа прокола. Разработана методика и проведены исследования ионной и плазменной стойкости рентгенорезистов.

Заключение диссертации по теме «Оборудование производства электронной техники», Тупик, Виктор Анатольевич

Выводы.

1. Разработана методика нанесения резиста на внутреннюю поверхность цилиндрической подложки с неравномерностью порядка 3,5 %.

2. Разработана методика и лабораторный макет для изготовления дефлектронов с использованием рентгенолитографии.

3. Разработано устройство и методика контроля внутренней поверхности металлизации дефлектрона с одновременным удалением дефектов металлизации.

4.В результате исследования ионой и плазменной стойкости рентгенорезистов установлено, что целостность резистной пленки при ионном травлении сохраняется вплоть до значений энергии травящих пучков, не приводящих к процессу газообразования в глубине резистной пленки.

5.Установлено, что для сухого резиста при травлении ионами соблюдаются закономерности, присущие вязким резистам. Определены пороговые и критические дозы облучения и контраст резиста Винил-Т« для различной энергии ионов.

Заключение.

В результате исследования комплекса вопросов, связанных с разработкой перспективной технологии для производства дефлектронов на основе формирования микрорисунка на внутренней поверхности стеклянного цилиндра, получены следующие результаты.

В диссертационной работе теоретически и экспериментально доказана возможность применения лазерной безрезистной литографии на основе испарения металлической пленки серией лазерных импульсов сквозь стеклянную подложку без повреждения подложки.

Разработана теоретическая модель поглощения энергии в рентгенорезисте за счет фото- и оже-электронов подложки, генерируемых рентгеновским излучением и показано влияние подложки и длины волны излучения на предел разрешения литографии.

Разработан и изготовлен источник рентгеновского излучения и с помощью макета на его основе проведены детальные исследования основных литографических характеристик рентгенорезистов.

На основе анализа полученных экспериментальных данных показан^ принципиальная возможность изготовления дефлектрона с помощью рентгеновской литографии, разработан макет для контроля металлизации на внутренней поверхности стеклянного цилиндра.

Исследована ионная и плазменная стойкость получаемых рентгенорезистных масок, что может служить основой для дальнейшего повышения разрешающей способности изготавливаемых приборов на основе применения высокоизбирательных методов травления (ионное, плазменное).

Результаты проделанной работы могут быть использованы при проектировании технологических процессов обработки пленочных структур с применением ОКГ и источников рентгеновского излучения, разработке методик контроля пленочных цилиндрических узлов, других пленочных структур. По результатам диссертационной работы имеются следующие публикации.

1. Марголин В.И., Тупик В.А. Исследование литографических характеристик электроно- и рентгенорезистов. // Радиоэлектроника. - 1998, Вып. 1.-е. 8285.

2. Вольпяс В.А., Марголин В.И., Петров П.К., Тупик В.А. Исследование коэффициентов поглощения рентгенорезистов. // Тезисы докладов X Российского симпозиума по растровой электронной микроскопии РЭМ-97, Черноголовка, 1997, с. 129.

3. Марголин В.И., Петров П.К., Тупик В.А. Исследование эффекта близости и методик его компенсации. // Тезисы докладов X Российского симпозиума по растровой электронной микроскопии РЭМ-97, Черноголовка, 1997, с. 137.

4. Margolin V.l., Toupik V.A. Study of ion and plasma etching of the resists for microlithography.// X International School on Vacuum, Electron and Ion Technologies VEIT-97, 22-27 September 1997, Varna, Bulgaria, p.78.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тупик, Виктор Анатольевич, 1998 год

1. Достижения в технике передачи и воспроизведения изображений. Т.1 / Под ред. Б. Кейзана. - М.: Мир, 1978. - 336с.

2. Hutter R.G.E., Ritterman М.В. Electrostatic deflection yokes // IEEE Trans, on electron devices. 1972. -v. ED-19, N 6. - p. 731-745.

3. Schlesinger K. Internal electrostatic deflection yokes // Electronics. 1952. - N 7 -p.105-109.

4. Кураинэ M., Ямазаки И., Оказаки С. и др. 1-дюймовый компактный сатикон с магнитной фокусировкой и электростатическим отклонением для НДВТ применения // Тэрэ бидден. 1985. -Т. 39. N 9. - с. 813-821.

5. Oku К., Fukushima М. Analysis on electron pattern yoke camera tubes // IEEE Trans, on electron devices. 1986. -v.ED-33, N 8. - p. 1090-1097.

6. Вейко В.П. Лазерная обработка пленочных элементов. -Л.: Машиностроение, 1986.-248с.

7. Левинсон Г.Р., Смилга В.И. Лазерная обработка тонких пленок // Квантовая электроника. 1978. - Т.З, N 8. - с.1637-1659.

8. Либенсон М.Н. Нагрев и разрушение тонких пленок излучением ОКГ // Физика и химия обработки материалов. -1968. -N 2. -с.3-11.

9. Вейко В.П., Кайданов А.М., Яковлев Е.Б. Двухфазная модель разрушения поглощающих пленок мощными световыми импульсами // Квантовая электроника. -1980. -Т.7, N 1. с.34-41.

10. Вейко В.П. Опыт внедрения лазерной обработки тонких пленок в микроэлектронике. Л.: ЛДНТП, 1977. -32с.

11. Карпман И.М., Котлецов Б.Н. и др. Лазерная литография в производстве фотошаблонов // Элетронная промышленность. 1975. - N 6. - с.41-44.

12. Вейко В.П., Яковлев Е.Б. Некоторые особенности процесса разрушения тонких металлических пленок мощными световыми импульсами // Физика и химия обработки материалов. -1979. N 2 - с.33-36.

13. Валиев К.А. Физика субмикронной литографии. М. : Наука, 1990. - 528 с.

14. Электронно-лучевая технология в изготовлении микроэлектронных приборов / Под ред. Дж. Р. Брюэра. М.: Радио и связь. - 1984. - 336 с.

15. Блохин М. А. Физика рентгеновских лучей, М.: ГИТТЛ, 1957 г.

16. Бронштейн И. М., Фрайман Б. С., Вторичная электронная эмиссия, М., 1969.

17. Hawryluk R.J., Hawryluk A.M., Smith H.I. Energy dissipation in a thin polymer film by electron beam scattering. // J. Appl. Phys., v. 45, N 6, 1974, - p. 2551-2556.

18. Ледовской В. П., Марголин В. И., Тирок М. Э. Рассеяние и отражение электронов в процессе электронолитографии.// Электронная техника, сер. 3, 1977, N5 (71),-с. 55 -60.

19. Бете Г.А. Квантовая механика, М., 1965. 334 с.

20. J.Wayne Rabalais, Т.Р. Debies, J.L. Berkosky, J-T.J.Huang, F.O. Ellison Calculated angular distributions of photoelectrons using the orthogonalized plane-wave approximation. // The Journal of Chemical Physics, 1974, 61, N 2, p.529-533.

21. Cooper J.W., Manson S.T. Photoionization in the Soft X-Ray Range: Angular Distributions of Photoelectrons and Interpretation in Terms of Subshell Structure. //The Physical Review, v.177, 1969, N 1, p.157-163.

22. Henke B.L., Ebisu E.S. // Advances in X-ray analysis, Plenum Press, N.-Y., v.17, -1974, p.150-153.

23. Ellison F.O. //Annual rev. Phys. Chem., 1975, vol. 26, p.211.

24. Валиев К.А., Кудря В.П., Махвиладзе Т.М., Филатова М.С. Поиск оптимальных шаблнов для рентгенолитографии в пучках синхротронного излучения // Микроэлектроника. 1995, Т.24, N 4, с. 286-290.

25. Yamakoshi Y., Atoda N., Shimizu К., Sato Т., Shimizu Y. X-ray Lithography System: Analysis and an Optimum Constraction // Applied Optics. 1986. - v.25, -N 6, p.922-927.

26. Артюков И.А., Виноградов A.B. и др. Эксперименты по получению изображений субмикронных структур в мягких рентгеновских лучах // Микроэлектроника. 1996. - Т.25. - N 3. -с. 54-59.

27. MacDowell А.А., Bjorkholm J.E. et al. Reduction Imaging with Soft X-rays for Projection Lythography // Rev. Sci. Instrum. 1992. -v.63. -N 1. - p.737.

28. Кухаренко Ю.А., Леонов Ю.С. Процессы наносекундного экспонирования рентгенорезистов // Микроэлектроника. 1990. -Т. 19. выпуск 6. - с.555-563.

29. Быстров Ю. А., Иванов С. А. Ускорительная техника и рентгеновские приборы,- М.: Высшая школа.,-1983.

30. Bearden Т.А. X-ray wavelengthe // Rev. Mod. Phys. v.39(l). - 1967. - p.76-124.

31. Lyman I. Scalling the barriere to VLSs hine lines // Electronics. 1980. - v.53. - N 14. - p.115-126.

32. Langmuir J. The effect of the space charge and thermoionic current between parallel plane electrodes // Phys. Review. 1923. - Bd.21. - p.419-435.

33. Барбарич И. H., Иванов А. Н., Титов А. А. Устранение неопределенности в расчете объемного заряда в прикатодной области при решении задачи самосогласованного поля.- В кн.: Электроника: Межвуз. сб. Рязань: РРТИ, 1978, вып. 5, с. 98-102.

34. Добрецов Л. Н., Гомоюнова М. В. Эмиссионная электроника.-М.: Наука, 1966.

35. Ермак В. В. Модели активных компонентов с термокатодом для схемотехнического проектирования вакуумных интегральных схем.- В кн.: Задачи физической электроники: М.: Наука, 1982, с. 231-243.

36. Sabchevski S., Mladenov G., Titov A.A., Barbarich I.N., Vereshchagin D. Models and software for computer simulation of technological electron-optical systems // Proc. 4th International Symp. Electron Beam Technology "EBT-94" Varna. - 1994. -p.40-48.

37. Лукирский А. П., Брытов И. А. /ДТГЭ, т. 5, 66 , 1965.

38. Лукирский А. П., Брытов И. А., Грибовский С. А. //Оптика и спектроскопия, т.20, 368, 1966.

39. Sullivan P.A., McCoy J.H. // IEEE Trans. Electron Devices, 1976. - ED 23 (4). -p.412.

40. Мазуренко С.H., Мануйлов В.В., Матвеев В.М. Моделирование процессов генерации и энергетических потерь фото- и ожэ-электронов при рентгеновском экспонировании полимерных резистов. // Микроэлектроника, Т. 19, вып. 3, 1990, с.284-292.

41. Вольпяс В.А., Марголин В.И., Тупик В.А., Петров П.К. Исследование коэффициентов поглощения рентгенорезистов. // Тезисы докладов X Российского симпозиума по растровой электронной микроскопии РЭМ-97. -Черноголовка, 1997.

42. Марголин В.И., Тупик В.А., Петров П.К. Исследование эффекта близости и методик его компенсации. // Тезисы докладов X Российского симпозиума по растровой электронной микроскопии РЭМ-97. Черноголовка, 1997.

43. Margolin V.l., Toupik V.A. Study of ion and plasma etching of the resists for microlithography. // Tenth International School on Vacuum, Electron and Ion Technologies. Varna, Bulgaria, 22-27 September 1997.

44. Валиев K.A., Коба И.М., Ковтун Б.Н., Махвиладзе Т.М. Функция близости и разрешающая способность рентгеновской литографии. // Микроэлектроника, Т.19, вып.4, 1990, с.347-359.

45. Лазеры в технологии/ Ф.Ф. Водоватов, В.А. Чельный, В.П. Вейко и др.; Под ред. М.Ф. Стельмаха. М.: Энергия, 1975. - 246с.

46. Голиков Б.И. Зависимость чувствительности и контраста позитивных резистов от параметров проявления и распределения дозы в толщине. //Микроэлектроника, т. 14, вып.2,1985, с. 124-129.

47. Григайтис П.П. Формирование защитных рельефов методом рентгеновской литографии. // Физико-химические вопросы кибернетики, Киев, 1979, № 6, с.46-54.

48. Рыкалин H.H., Углов A.A., Анищенко Л.М. Высокотемпературные технологические процесы: Теплофизические основы. М.: Наука, 1986, - 171с.

49. Козлов В.П. Двумерные осесимметричные нестационарные задачи теплопроводности. Мн.: Наука и техника, 1986. - 392с.

50. МачулкаГ.А. Лазерная обработка стекла. М.: Сов. Радио., 1979. - 136с.

51. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984. - 832с.

52. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Наука, 1971. - 1108с.

53. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964. -488с.

54. Вейко В.П., Кайданов А.И., Либенсон М.Н. и др. Разрушение поглощающих пленок под действием лазерного излучения. // Электронная обработка материалов. 1983. -№ 6. - с. 23- 26.

55. Вейко В.П., Либенсон М.Н. Лазерная обработка. Л.: Лениздат, 1973. - 190с.

56. Гуревич Е.Б., Красюков В.П., Тархов Г.Н. и др. Температурное поле в пластине при воздействии импульсов излучения ОКГ конечной длительности// Изв. Вузов, Приборостроение. 1978. - Т. 21, № 1. - с.102-106.

57. Данилевская В.И., Шефтер Э.М. Температурные поля и напряжения, возникающие в упругом полупространстве под действием осесимметричного лучистого потока// Физика и химия обработки материалов. 1969. - № 3. - с. 1319.

58. Тучкова Е.А. Об одной возможности повышения точности лазерной обработки. // Электронная обработка материалов, 1985, № 3, с. 33-36.

59. Моричев И.Б., Онохов А.П., Савинов В.П. Экспериментальное определение температурной зависимости поглощения прозрачных диэлектриков// Взаимодействие оптического излучения с веществом: Тез. Докл. IV Всесоюз. Совещ. Л., 1978. - с.292.

60. Артюков И.А., Балакирева Л.Л., Бийкерк Ф. И др. Проекционная рентгеновская литография с использованием точечных источников. // Квантовая электроника, т. 19, 1992, с. 114.

61. Kudryashov V.A., Borzenko Т.В., Krasnov V.V., Aristov V.V. New Microlithography Technologies Based on Resist Irradiation by Low Energy Electrons.// Microelectronic Engineering, N 23, p. 307-310.

62. Котлецов Б.Н. Микроизображение. Л.: Машиностроение, 1985.

63. Jin F., Richardson М. New laser plasma source for extreme-ultraviolet lithography. // Appl. Optics, 1995, v.34, N 25, p.5750-5760.

64. Allen S.D., Tringube A.B. // J. Appl. Phys., v. 54, N 3, 1983, p.1671.

65. Broun L., Masdiyashni К. // J. Am. Ceram. Soc., v. 53, 1970, p.590.

66. Кислов H.A., Дерновский В.И., Маликов И.В., Аристов В.В. // Поверхность, №6, 1985, с. 96.

67. Deutch T.F., Rathaan D.D. // Appl. Phys. Lett., v.45, N 6, 1984, p.623.

68. Solanki R., Boyer P., Collins G. // Appl. Phys. Lett., v.41, N 11,1982, p. 1048.

69. Boyer P. // Proc. SPIE INT. Soc. Opt. Eng. (USA), v.385, 1983, p.120.

70. Рыкалин H.H., Углов A.A., Кокура А.И. Лазерная обработка материалов. -М.: Машиностроение, 1975.

71. Мокеев O.K., Романов A.C. Химическая обработка и фотолитография в производстве полупроводниковых приборов и микросхем. М., Высш. Шк., -1985.-312с.

72. Neureuther A. R. Microlithography with soft X-rays // Investigation be synchrotron radiation. -Ed. H. Winick, S. Doniach. N.Y.; L.: Plenum Press. 1980. -p.223- 275.

73. Данилин Б.С., Киреев В.Ю. Ионное травление микроструктур. М.: Сов. радио, 1979,- 104с.

74. Валиев К.А., Мокроусов К .Я., Орликовский A.A. Исследование кинетики травления ПММА в низкотемпературной плазме// Поверхность. -1987. -№ 1. -с. 53-58.

75. Suzuki I., Saito N. // Jap. J. Appl. Phys. -1986. -V. 25, № 1. -p. 130-136.

76. Марголин В.И., Тупик В.А. Исследование литографических характеристик электроно- ирентгенорезистов. //Радиоэлектроника. 1998, Вып. 1. -с. 82-85.