5.2. Резисты для ионно-лучевой литографии

Ионное облучение вызывает значительные химические превращения в резистивных материалах. Суммарные потери энергии на единицу длины свободного пробега для ионов гораздо больше, чем для электронов, поэтому можно ожидать, что чувствительность к ионному облучению, выраженная через количество падающего заряда на единицу площади, будет очень большая. Разрешающая способность также должна быть достаточно высока, т.к. боковое рассеяние ионного пучка в резистивных пленках гораздо меньше, чем в случае электронов. Рассеяние энергии ионов происходит в результате столкновения их с электронами и ядрами атомов резиста. Радиационные повреждения, вызываемые этими двумя механизмами рассеяния, можно считать независимыми, т.к. они имеют разную физическую природу. Вклад этих механизмов, в химические превращения различен и соответствует характеру изменения потерь энергии с глубиной проникновения ионов. Общее число разорванных связей находится суммированием числа связей, нарушенных при столкновении ионов с электронами и ядрами, поэтому средний молекулярный вес М_f после экспонирования равен:

(14.32)

где G_e(z) и G_n(z) - приводящие к разрыву связей радиационные повреждения, вызываемые соответственно столкновениями ионов с электронами и ядрами.

Скорость растворения полимера может быть выражена следующим образом:

(14.33)

где R₀,  и  - экспериментально определяемые коэффициенты. Для очень тонкой резистивной пленки величины S_e(z) и S_n(z) можно считать постоянными и толщина резиста d, удаляемая при проявлении, равна d=RT, где Т - время проявления. Для толстой пленки резиста толщина растворенной пленки d и время проявления Т связаны следующим соотношением:

(14.34)

Для резиста ПММА лучшее совпадение теоретических результатов, полученных на основании формулы (34), и экспериментальных данных имеет место при R₀=8,4 нм/мин, =0,39х10⁸ нм/мин; =1,41, G_e=1,7, G_n=0,9.

Число радиационных повреждений, образующихся при столкновении ионов с электронами, примерно равно числу повреждений в случае электронного облучения, где G=1,9. Столкновение с ядрами приводит к возникновению вдвое меньшего числа радиационных повреждений по сравнению с экспонированием резиста ПММА электронным лучом.

5.3. Жидкометаллические ионные источники

Жидкометаллические ионные источники были разработаны для широкого круга металлов (Ga, Bi, Ge, Hg, Au, сплав Вуда и щелочные металлы).

Принцип действия ионного источника основан на формировании стабилизированного полем конуса жидкого металла (конуса Тэйлора), из которого под действием поля происходит испарение ионизированных атомов. К вершине конуса металл поступает из вязкого потока на поверхности эмиттера за счет капиллярных сил и градиента электростатического поля вблизи наконечника эмиттера.

В сканирующем ионно-лучевом устройстве жидкометаллический галлиевый источник используется для формирования сфокусированного луча, представляющего собой пучок ионов Gа⁺ с током 0,1 нА и диаметром 0,1 мкм. Экспериментально определенная яркость источника в плоскости изображения равна

при энергии ионов Gа⁺ 57 кВ. Здесь площадь эмиттирующей области , где а₀=0,2 рад - половина угла при вершине конуса вылетающих ионов, r_а=60 нм. Для галлиевых пучков величина тока эмиссии может достигать 1-10 мкА.

Измерение распределения ионов по энергии показывает, что энергетический спектр ( ) расширяется при увеличении тока и массы частиц. Расширение спектра для Ga, Jn и Bi составляет соответственно 5,14 и 21 эВ при угловой интенсивности 20 мкА/ср.

Даже при малых углах (примерно 1 мрад) можно получить ток ионного пучка в несколько наноамперов.