Experimental Investigation of the Distribution of Energy Deposited by FIB in Ion-beam Lithography

Abstract

Було проведено перше і ретельне порівняння чутливості найбільш часто використовуваного покриття PMMA 950K до впливу як електронів, так і іонів галію в широкому діапазоні доз опромінення при однаковій енергії пучка. Було встановлено, що покриття PMMA 950K має позитивну чутливість 0,15 мкКл/см2, і приблизно на три порядки більш чутливе до іонів галію, ніж до електронів в тих самих умовах. При високих дозах опромінення іонами галію, а також при опроміненні електронами спостерігається негативна чутливість. Також вивчали глибину травлення покриття PMMA 950K після його травлення в розчиннику залежно від дози опромінення. Виходячи з цього, була запропонована аналітична модель з використанням густини поглинутої енергії у формі зміщеного гаусіана, яка дозволила відновити контрастність покриття PMMA 950K та енергетичну довжину за експериментальними даними. Запропонована модель точно описує як експериментальні результати, так і результати моделювання. Було показано, що контрастність для покриття PMMA 950K становить γ ~ 3,1 для енергій іонів галію, а енергетична довжина є рівною Le = 43 нм.

The first and rigorous sensitivity comparison of the most used positive-tone resist (PMMA 950K) exposure to both electrons and gallium ions in a wide range of exposure doses at the same beam energy was carried out. It was found that the PMMA 950K resist has a positive sensitivity of 0.15 µC/cm2, which is about three orders of magnitude more sensitive to gallium ions than to electrons, all at the same conditions. At high Ga exposure doses, as well as with electron exposure, negative sensitivity is observed. The depth of the resist after etching in a solvent depending on the exposure dose was also studied, and based on this an analytical model using the absorbed energy density in the form of a displaced Gaussian, that allows one to restore the resist contrast and the energy length from experimental data, was proposed. The model accurately describes the both experimental and simulation results. It was shown that the contrast for the PMMA 950K resist is γ ~ 3.1 for the energies of gallium ions and the energy length is Le = 43 nm.