Скачать

Основные свойства синхротронного излучения

Синхротронное излучение (СИ) испускается заряженными частицами (электронами, протонами, позитронами), движущимися с релятивистскими скоростями по искривлен­ным траекториям. Генерация СИ обусловлена наличием у частицы центростремитель­ного ускорения. Предсказанное в конце прошлого века и открытое почти 50 лет назад (1945г.) СИ рассматривалось вначале как “помеха” в работе циклических ускорителей - синхротронов. Только в последние 10…15 лет СИ привлекло внимание исследователей исключительным богатством своих специфических свойств и возможностью их примене­ния.

Структура накопителя электронов.

ПМ - поворотные магниты; В - магнитное поле; Р - вектор поляризации фотонов, излу­чаемых в плоскости орбиты электронов; Щ - щель канала вывода, ограничивающая ширину пучка СИ по горизонтали.

Си обладает следующими уникальными свойствами:

1. СИ - излучение с исключительно высокой коллимацией пучка. Пучок СИ испускается электроном по касательной к траектории и имеет угловую расходимость ψ≈γ-1, где γ - релятивистский фактор (отношение энергии электронов Е в накопителе к энергии покоя электрона Е0=0.511МэВ); для типичных значений Е≈1ГэВ имеем γ≈103 и ψ≈1мра∂.
2. СИ обладает широким, непрерывным, легко перестраиваемым спектром, перекры­вающим практически весь рентгеновский диапазон и область ультрафиолетового излуче­ния (0.1…100нм). Для описания спектральных свойств СИ вводится понятие крити­ческой длины волны λс. Это длина волны, которая делит энергетический спектр СИ на две равные части (суммарная энергия излучаемых фотонов с длинами волн меньше λс равна суммарной энергии фотонов с длинами волн больше λс).
3. СИ обладает очень высокой интенсивностью. Интенсивность СИ в наиболее важ­ном для исследований и технологии рентгеновском диапазоне более чем на пять порядков превышает интенсивность рентгеновских трубок.
4. СИ обладает естественной поляризацией: строго линейной на оси пучка (вектор электрического поля лежит в плоскости орбиты электронов) и строго циркулярной на его периферии. Поляризация СИ играет важную роль во многих прецизионных методах исследования материалов и структур микроэлектроники.

Перечисленные выше уникальные свойства синхротронного излучения позволяют под­нять на новый качественный уровень субмикронную микротехнологию и аналитические методы диагностики субмикронных функциональных структур.

Рентгенолитография с применением синхротронного излучения - это многофакторный технологический процесс, в котором важную роль играют параметры многих компонен­тов литографической системы: источника излучения, канала вывода, рентгеношаблона, рентгенорезиста.

Главный фактор, определяющий потенциальные возможности того или иного лито­графического метода в микротехнологии СБИС - разрешение или минимальный размер надежно воспроизводимого в резисте элемента рентгеношаблона. В рентгенолитографии разрешение определяется, с одной стороны, волновой природой рентгеновского излучения (дифракционные искажения), с другой стороны, нелокальным характером формирования реального скрытого изображения (генерация фото- и оже- электронов рентгеновскими фотонами и вторичное экспонирование резиста этими электронами). Кроме того, реаль­ное технологическое разрешение очень сильно зависит от процесса проявления полученного скрытого изображения.

Для оценки эффективности работы рентгенолитографической системы экспонирова­ния в той или иной области спектра нужно учитывать не только спектральную эффек­тивность рентгенорезиста, но и рентгеновскую прозрачность, то есть оптические характеристики литографического канала вывода СИ. Поэтому в системах экспониро­вания с применением рентгеновского излучения (например, в рентгенолитографических системах экспонирования) одним из важных параметров является контраст получаемого рентгеновского изображения (например контраст скрытого изображения в рентгеноре­зисте).

Схема рентгенографической системы экспонирования в пучках СИ.

1 - вакуумное окно; 2 - мембрана рентгеношаблона; 3 - маска; 4 - резист; 5 - рабочая пластина.