Свойства синхротронного излучения
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 10¼15 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:
СИ -
излучение с исключительно высокой коллимацией пучка. Пучок СИ испускается
электроном по касательной к траектории и имеет угловую расходимость y»g-1, где g - релятивистский
фактор (отношение энергии электронов Е в накопителе к энергии покоя электрона Е0=0.511МэВ);
для типичных значений Е»1ГэВ имеем g»103 и y»1мра¶.
СИ обладает
широким, непрерывным, легко перестраиваемым спектром, перекрывающим практически
весь рентгеновский диапазон и область ультрафиолетового излучения (0.1¼100нм). Для описания спектральных свойств СИ вводится
понятие критической длины волны lс. Это длина волны, которая делит энергетический
спектр СИ на две равные части (суммарная энергия излучаемых фотонов с длинами
волн меньше lс равна
суммарной энергии фотонов с длинами волн больше lс).
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.
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.
Контраст в
системах экспонирования с применением синхротронного излучения.
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.