PPA-Schichten können durch Elektronenbeschuss direkt positiv strukturiert werden. Ähnlich wie bei der Bestrahlung der sonst verwendeten E-Beam Resists, wie z.B. CSAR 62 oder PMMA, bewirkt der Elektronenstrahl eine Fragmentierung der Polymerketten. Allerdings sind die entstandenen Polymerfragmente, die sich aus Polyphtalaldehyden bilden, instabil und zerfallen direkt in die leichtflüchtigen Monomere. Im Prozess werden dabei nur äußerst geringe Mengen an monomeren Phthalaldehyde freigesetzt, die die Qualität des anliegenden Vakuums nicht signifikant beeinflussen und vollständig abgesaugt werden können. Zum Beispiel werden beim Schreiben eines 1000nm langen Grabens mit einer Breite von 50nm bei einer Schichtdicke von 30nm nur etwa 2*10-6ng, also lediglich 2 Femtogramm Phtalaldehyde freigesetzt! Durch gezielte Überbelichtung können aufgrund des auftretenden Proximity-Effektes auch Lift-off-Architekturen erzeugt werden.
In der Firma Raith wurden bereits erste Versuche der Direkt-Strukturierung durch E-Beam-Bestrahlung durchgeführt. Mit den noch nicht endgültig optimierten PPA-Resistmustern der Serie SX AR-P 8100 gelingt auf einer PMMA-Schicht bereits eine fast vollständige Durchentwicklung mit einer Dosis von nur ca. 5 µC/cm² (2 kV). Bei einer Beschleunigungs-spannung von 30 kV liegt der Wert bei ca. 35 µC/cm². Werden die Substrate nach der Bestrahlung aus der E-Beam-Maschine ausgeschleust, sind sie schon fertig entwickelt.
Abbildung: Belichtungsraster mit Variationen der Beschleunigungsspannung und Dosis
Abbildung: Scanprofil gemessen am Profilometer Dektak 150: Entwicklungstiefe in Abhängigkeit der Dosis beispielhaft für eine Beschleunigungsspannung von 10 kV.
Mit ansteigender Dosis gewinnen gleichzeitig ablaufende, vernetzende Prozesse zunehmend an Bedeutung. Durch die Elektronenbestrahlung erzeugte Radikale können Crosslinken und dadurch die Schicht stabilisieren, ein Effekt, der auch bei PMMA, allerdings im Bereich sehr viel höherer Belichtungsdosen, auftritt und zur Erzeugung negativer PMMA-Architekturen genutzt wird.
Für die Bestimmung der Auflösungsgrenzen von Resistmuster SX AR-P 8100 wurden bei der Firma Raith Linienmuster detailliert untersucht. Linien variabler Breite wurde in die PPA-Schicht geschrieben und nach Metallisierung mit einer dünnen Platinschicht überzogen (Sputtercoating, ca. 4 nm Platin). Linienbreiten von etwa 20nm konnten zuverlässlich erzeugt werden, die höchste bisher erhaltene Auflösung betrug 16nm.
Abbildung: In PPA (Resist SX AR-P 8100) geschriebene Linien
Abbildung: Nach Sputtercoating mit Platin erhaltener 16nm -Steg
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