Difusão de gases nobres implantados em fotoresistes

Abstract

No presente trabalho foram estudados de uma forma sistemática os diversos parâmetros que podem influenciar o mecanismo de difusão de gases nobres implantados em fotoresistes. Com este propósito foram implantadas amostras do fotoresiste positivo AZ1350 com Xe e Kr a uma temperatura de 80 K. Os perfis de concentração foram determinados "in situ" utilizando a técnica de Retroespalhamento Rutherford (RBS) na faixa de 90-573 K, sendo em cada caso determinado o respectivo valor do coeficiente de difusão. Se mostrou que a dependência destes valores como função da temperatura segue um comportamento tipo Arrhenius com valores de energia de ativação semelhantes (Eb=100meV). Estudos similares, efetuados com Cs e Rb, fornecem valores de energia de ativação mais elevados (Eb=205meV e Eb=300meV respectivamente). Esta diferença é atribuída ao surgimento de ligações químicas entre o íon implantado e os componentes do fotoresiste, fato que não acontece para os gases nobres. É também mostrado que o processo de difusão na região danificada pela implantação, ocorre via um mecanismo de aprisionamento e liberação. Experimentos com o fotoresiste negativo Waycoat-SC mostram que o processo difusivo ocorre em um intervalo de temperaturas muito mais estreito possibilitando a determinação do coeficiente de difusão somente em uma temperatura (D(T=230K)=5x10-14cm2/s). A comparação deste valor com o respectivamente encontrado para o AZ1350 mostra que no Waycoat-SC o processo de difusão é mais rápido.

In the present work, we have studied in a systematic way the different parameters that can influence the diffusion of the noble gases when implanted in to photoresist. With this aim we have implanted at 80 K AZ1350 samples with Xe and Kr. The concentration profiles were determined "in situ" by the Rutherford Backscattering technique (RBS). The experiments were done in a 90-573 K temperature range, being determined for each annealing temperature the corresponding diffusion coefficient. It is shown that the diffusion coefficient follows an Arrhenius type behavior with a characteristic activation energy of the order of Eb=100meV for both Xe and Kr gases. Similar studies performed with Rb and Cs show a similar behavior but with higher activation energy (Eb(Cs)=205meV and Eb(Rb)=300meV). This difference is attributed to the chemical bonds between the implanted ions and the photoresist components. It is also shown that the diffusion process is governed by a trapping-detrapping mechanism. Further experiments with Waycoat-SC negative photoresist show that the diffusion process occurs in a very narrow temperature range. Therefore we were able to determine the diffusion coefficient at only one temperature D(T=230K)=5x10-14 cm2/s. A comparison of this value with the corresponding one found for AZ1350 shows that the diffusional process in the Waycoat-SC is much faster than the one observed for AZ1350.