Chimie induite par électrons lents au sein de couches de résine

par Leo albert Sala

Projet de thèse en Chimie

Sous la direction de Anne Lafosse.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Sciences Chimiques : Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes , en partenariat avec Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay (laboratoire) , Surfaces, Réactivité et Nano-structuration (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    Les procédés de lithographie sous lumière ultraviolette reposent sur l'irradiation de films de résine polymère photosensible. Pour améliorer et optimiser ces procédés, il est entre autres nécessaire de comprendre les processus fondamentaux sous-tendant les modifications induites par irradiation. L'irradiation par lumière UV de tout matériau crée des électrons secondaires de basse énergie en abondance. Ils contribuent fortement aux modifications chimiques induites au sein des films de résine, ainsi qu'aux épaississements et brouillages des motifs souhaités. Pour étudier l'action chimique des électrons secondaires, des couches minces de résines polymères modèles seront soumises à des irradiations par des électrons de basse énergie (0-20 eV). L'objectif est de comprendre les processus chimiques élémentaires impliqués, de déterminer quels processus ont les sections efficaces les plus importantes, quelles classes d'électrons engendrent le plus de dommages au sein des films de résine, d'identifier les modifications chimiques induites et d'évaluer les sections efficaces associées. Des études systématiques sont donc à mener en fonction de deux paramètres clés : l'énergie incidente des électrons et les doses utilisées. En plus des modifications chimiques induites directement par les électrons, des processus chimiques supplémentaires ont lieu à une échelle de temps plus longue, par exemple par interaction des constituants de la phase gazeuse avec les centres actifs et défauts créés en surface. Des couches minces de poly(méthyl méhacrylate) (PMMA) et polyéthylène glycol (PEG) seront considérées. Elles renferment des fonctions chimiques connues pour être sensibles à l'action de certaines classes énergétiques d'électrons. L'effet du dopage de ces films par des composés pour amplification chimique sera étudié dans un second temps. Les irradiations sous faisceau d'électrons, les modifications chimiques et les processus élémentaires impliqués seront étudiés sur un montage expérimental dédié sous ultra-vide. Il abrite un canon à électrons lents, un spectromètre de masse quadrupolaire (QMS), un cryostat à Hélium, un spectromètre vibrationnel par perte d'énergie d'électrons lents (HREELS).

  • Titre traduit

    Low energy electron interaction and induced chemistry within thin fim resists


  • Résumé

    Processing and performance optimization for Extreme Ultra Violet Lithography (EUVL) requires in particular to better understand the fundamental processes involved in the resist modification under irradiation. In any material exposed to EUV, low-energy “secondary” electrons are abundant. They contribute more than significantly to the chemical modification of the irradiated resists, and to the unintentional feature broadening and line edge blurring that occur during the lithographic process. To study the chemical action of the secondary electrons, model EUVL resist thin films will be exposed to low-energy electron irradiation. The aim is to understand the involved chemical processes, to determine which primary processes have the highest cross sections, which electron energy classes are the most damaging the resists, to identify the chemical modification induced within the resist films, and as far as possible to evaluate processes cross sections. Therefore, the proposed fundamental studies have to be performed systematically as a function of two key parameters: electron energy and electron doses. In addition to the chemical modification directly induced by the electrons, there are other chemical processes taking place on longer time scale. The gas phase constituents available in the vicinity of the resist surface may also react with active centres created within the resists. Good model candidates to start with are poly(methyl methacrylate) (PMMA) and epoxy-based polymer resist films. These films contain organic functional groups expected to be sensitive to low-energy electron irradiation. These films may be doped with photoacid generators (PAG) for chemical amplification. Electron irradiation, chemical modification and involved processes studies will be performed on the dedicated ultra-high vacuum experimental setup. The latter houses a low-energy electron gun, a quadrupole mass spectrometer (QMS), a close-cycle He cryostat, a High Resolution Electron Energy Loss Spectrometer (HREELS).