Апробация результатов работы
⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2 Основные результаты докладывались и обсуждались на следующих конференциях, научных чтениях, сессиях и семинарах: Региональный молодежный научно-технический форум “Будущее технической науки Нижегородского региона” (Нижний Новгород, 14 мая 2002 г.); II Региональная молодежная научно-техническая конференция “Будущее технической науки Нижегородского региона” (Нижний Новгород, 16 мая 2003 г.); XXII Научные чтения имени академика Н.В.Белова (Нижний Новгород, 18-19 декабря 2003 г.); III Всероссийская молодежная научно-техническая конференция “Будущее технической науки” (26-27 мая 2004 г.); III Международная научно-практическая конференция “Динамика научных достижений, 2004”. Химия и химические технологии (Украина, Днепропетровск, 2004 г.); 10-я Нижегородская сессия молодых ученых (технические науки) “Голубая Ока” (Нижний Новгород, 27 февраля - 3 марта 2005 г.); IV Международная молодежная научно-техническая конференция “Будущее технической науки Нижегородского региона” (Нижний Новгород, 26-27 мая 2005 г.); 9 докладов на научных семинарах РХО им. Д.И.Менделеева (Нижегородское отделение). Публикации По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, из них 3 статьи и тезисы к 9 докладам на международных, всероссийских и межвузовских научно-технических конференциях, научных чтениях и сессиях. Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы, включающего 68 наименований. Основная часть работы изложена на 125 страницах машинописного текста. Работа содержит 37 рисунка и 3 таблицы. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы, определены цели и задачи, сформулированы научная новизна, практическая значимость полученных результатов и научные положения, выносимые на защиту.
Первая глава представляет собой литературный обзор по теме диссертации. В первой части главы рассмотрены известные методы получения рисунка в резисте, такие как фотолитография, электронолитография и метод самоформирования. Рассмотрены положительные и отрицательные стороны наиболее широко используемых в настоящее время литографических методов. Во второй части главы даны подробные характеристики применяемых в экспериментах фоторезистов на основе новолака и нафтохинондиазида и на основе метилметакрилата (ММА). В третьей части рассмотрены уже известные способы повышения чувствительности резистов, такие как химическая модификация резистов, модификация резистов ионизирующим излучением и т.д. Рассмотрены особенности каждого метода. Показана перспективность использования ультразвука и высокочастотного звука для повышения чувствительности резистов при сохранении их разрешающей способности. Во второй главе рассмотрена методика проведения экспериментов. Представлены блок-схемы используемых в диссертации технологических процессов. В экспериментах использовался ультразвук частотой 21 кГц и звук высокой частоты 17 кГц интенсивностью 300 Вт/м2. Модификация осуществлялась в течение 15 мин. Далее тонкая пленка формировалась методом центрифугирования - скорость вращения подложкодержателя 2500 об/мин – для ФП-383, и 800 об/мин – для ПММА и ММА-МАК и время центрифугирования 15÷20 сек. Толщина пленки в нашем эксперименте составила 2,5 мкм. Операцией, завершающей формирование слоя резиста, является сушка. Изменение свойств пленки модифицированного ультразвуком резиста отслеживали по спектру пропускания. Спектры пропускания снимали на спектрофотометре СФ-26 в диапазоне от 200 до 600 нм. Степень модификации резистивной пленки, т.е. отношение молекулярной массы полимера до и после модификации, оценивалась с помощью кривых проявления. Кривые растворимости получили путем измерения остаточной толщины пленки после ее проявления на микроинтерферометре МИИ-4, т.к. известно, что изменение растворимости связано с изменением значения средней молекулярной массы полимера (). Таким образом, определив изменение скорости растворения пленки до и после модификации звуком и ультразвуком, можно судить об изменении молекулярной массы полимера.
В качестве источника звука был выбран магнитострикционный вибратор, хорошо генерирующий звуковые частоты в диапазоне 17÷21 кГц. В качестве задающего генератора использовался звуковой генератор ГЗ-33, обеспечивающий необходимый диапазон частот, подаваемого на вибратор переменного напряжения, а также мощность не ниже 1,2 Вт. На рисунках 1 и 2 представлены схемы установок модификации полимерной жидкости ультразвуком и высокочастотным звуком на подложке и в объеме.
Рисунок 1 – Схема установки модификации резистов на подложке: 1 – резист; 2 – подложка; 3 – магнитострикционный вибратор; 4 – генератор звука ГЗ-33 Рисунок 2 – Схема установки модификации жидкостей в объеме: 1 – полимерная жидкость; 2 – водоохлаждаемая рубашка; 3 – магнитострикционный вибратор; 4 – генератор звука ГЗ-33; 5 – термометр
Модификация резиста ФП-383 электронами осуществлялась на электроннолучевой установке ZBA-21 при ускоряющем напряжении 20 кВ дозами электронов более 1,5∙10-3 Кл/см2.
В диссертационной работе предлагается модификация позитивного резиста на основе новолака и нафтохинондиазида, а также ПММА и ММА-МАК в малых объемах (~1 мл), достаточных для покрытия одной подложки, что в значительной степени экономит резистивный материал, а также позволяет более однородно модифицировать материал резиста. При этом для модификации резиста не требуются высокие интенсивности ультразвука, а достаточно ограничиться интенсивностью порядка 300 Вт/м2.
Используя модель Стокса рассчитано минимальное число мономерных звеньев, оставшихся после модификации резиста ультразвуком 21 кГц и степень деструкции макромолекулы. Показано, что макромолекула делится в среднем надвое, т.е. значительной деструкции не происходит, а значит резист сохраняет свои основные защитные свойства при проявлении. Также в ходе выполнения работы экспериментально было выяснено, что при обработке резиста ультразвуком и высокочастотным звуком уменьшается молекулярно-массовое распределение, т.е. резист становиться более однородным, за счет чего повышается качество рисунка. Для того чтобы показать общий характер изменения свойств резистов при обработке их ультразвуком и высокочастотным звуком подобные эксперименты были проведены с электронорезистами ПММА и ММА-МАК, с целью повышения чувствительности и качества получаемого рисунка. Поскольку впервые звуковая и ультразвуковая обработка позитивных фоторезистов происходила в малых объемах (1 мл) и малых интенсивностях звука и ультразвука (300 Вт/м2), причем наблюдались кавитационные процессы и изменение физико-химических свойств полимерных материалов, то можно говорить о полном подтверждении гипотезы, согласно которой модификация растворов полимеров зависит не только от интенсивности облучения, но и от параметров: объема резиста, концентрации раствора, времени обработки, т.е. от величины энергии, которая затрачивается на модификацию определенного объема резиста. q=(I∙τ)/(V∙c), (1) где q – энергия, затрачиваемая на модификацию резиста, Дж/м2; I – интенсивность облучения ультразвуковыми волнами, Вт/м2; τ – время обработки резиста, с; V – объем раствора резиста, м3; c – концентрация раствора резиста, м-3. В ходе выполнения работы было проведено спектрометрическое определение характера и степени модификации тонких полимерных пленок звуком высокой частоты. На рисунке 3 представлены спектры пропускания исходного фоторезиста ФП-383 и модифицированного ультразвуком с частотой 21 кГц интенсивностью 300 Вт/м2. Спектр пропускания света имеет два максимума поглощения (в точках 340 и 400 нм), которые соответствуют спектральным линиям большего поглощения света молекулами нафтохинондиазида. Из рисунка видно, что после модификации резиста ультразвуком с частотой 21 кГц и интенсивностью 300 Вт/м2 поглощение пленки возрастает. Можно предположить, что увеличение поглощения в диапазоне длин волн 250÷430 нм в процессе модификации резиста ультразвуком с частотой 21 кГц связано с частичным разрушением макромолекул нафтохинондиазида.
Рисунок 5 – УФ-спектр пропускания пленок резистов ПММА и ММА-МАК исходного (1), модифицированного ультразвуком на частоте 21 кГц (2) и звуком 17 кГц (3) (ΔT=0,25%)
Спектры пропускания резистов ПММА и ММА-МАК, подвергнутых модификации ультразвуком (21 кГц) и высокочастотным звуком (17 кГц) с интенсивностью 300 Вт/м2, приведены на рисунке 5. На рисунке хорошо видно, при модификации электронорезистов происходит изменение спектра пропускания, что доказывает наличие деструкции макромолекул резистов. Видно, что спектр пропускания разный для разных звуковых частот: в случае 17 кГц степень модификации выше, чем при частоте 21 кГц. Это можно объяснить тем, что частота 17 кГц близкая к резонансной частоте вибратора, а, следовательно, энергия, выделяемая вибратором на этой частоте, максимальная. Рисунок 6 - Зависимость нормализованной толщины пленки резиста ФП-383 (h/h0) от времени проявления t в проявителе с модификацией ультразвуком 21 кГц: 1 – исходный резист; 2 – модифицированный резист
Для подтверждения существования процесса деструкции при выполнении работы были получены кривые проявления резистов ФП-383 (рисунок 6), ПММА и ММА-МАК после модификации их ультразвуком и высокочастотным звуком (рисунок 7).
Рисунок 7 – Зависимость нормализованной толщины пленки резистов ПММА и ММА-МАК (h/h0) от времени проявления t в проявителе с модификацией ультразвуком и звуком при различных временах термообработки (Т=170° С): 1 - 20 минут при частоте 17 кГц; 2 - 20 минут при частоте 21 кГц; 3 - 30 минут при частоте 17 кГц; 4 - 30 минут при частоте 21 кГц. Контрастность составила γ = 1,3.
Численные оценки проводили, используя известное эмпирическое соотношение, связывающее скорость растворения резиста (Vр) с его средней молекулярной массой (): Vр = b∙ , (2) где β – показатель, который определяется свойствами системы полимер-растворитель (для ФП-383 β=0,5; для ПММА и ММА-МАК β=0,4); b – коэффициент пропорциональности. Для резиста ФП-383 (рисунок 6) скорость растворения: – до модификации ультразвуком: Vp0 = tg α0 = tg 45° = 1; – после модификации: Vp = tg α = tg 55° = 1,42. Таким образом: = 2,04 Согласно расчетам отношение молекулярной массы ФП-383 до и после модификации равно двум, т.е. идет процесс деструкции. Этот результат совпадает с результатом расчетов по модели Стокса, что доказывает правильность выбора модели Стокса для объяснения процесса модификации резиста ультразвуком низкой интенсивности. Аналогичная картина наблюдается для резистов на основе ММА (табл.1) Таблица 1 Экспериментальны результаты оценки кривых проявления
При выполнении диссертационной работы экспериментально была оценена чувствительность резиста ПММА, модифицированного звуком 17 кГц, которая составила 15 мкКл/см2, что примерно в 1,5 раза лучше, чем чувствительность исходного резиста, которая равна 23 мкКл/см2. Необходимо отметить, что при модификации полимеров высокочастотным звуком в микроскоп МБС-10 хорошо наблюдался кавитационный процесс в жидком резисте, т.е. возникал шлейф пузырьков в центре подложки, деформирующихся под воздействием звука. При проведении эксперимента необходимо учитывать влияние воздушной атмосферы, т.к. предположительно кислород при модификации является ингибитором. При воздействии ультразвука в воздушной атмосфере на полимерные растворы содержание газовой дисперсной фазы в них повышается. В случае молекулярной диффузии массообмен, на границе раздела двух фаз, может быть найден из уравнения: , (3) где m – количество воздуха, прошедшего через поверхность капли S за время τ; D – коэффициент диффузии; k – коэффициент растворимости Генри; f – полная сила, действующая на приповерхностный слой; ρ0 – плотность жидкости (раствора полимера); δ – полутолщина приповерхностного слоя; ρ – плотность приповерхностного слоя; ω – частота звука. Из полученного соотношения видно, что скорость масообмена, для случая ультразвуковой обработки раствора полимера в атмосфере воздуха, зависит от резонансных свойств системы: приповерхностный слой – вибратор. Это хорошо согласуется с экспериментальными результатами, полученными в диссертационной работе: кавитационные процессы наблюдаются на частоте 17 кГц, соответствующей резонансной частоте вибратора. В четвертой главе рассмотрена модификация резиста (полимера) звуком высокой частоты в объеме. Были проделаны эксперименты, которые заключались в модификации высокочастотным звуком жидкостей (ФП-383, ММА-МАК) с целью повышения их полидисперсности. Частота модификации резиста звуком составляла 17 кГц, а время обработки жидкостей достигало 60 минут. Во время модификации температура поддерживалась постоянной 25±0,5 ºС, чтобы предотвратить ее влияние на вязкость. Степень модификации резистов в объеме оценивалась по изменению их вязкости.
Рисунок 8 – Снижение вязкости резистов ФП-383 и ММА-МАК при увеличении энергии, затраченной звуком на модификацию этих жидкостей. Время воздействия звука 60 мин, частота 17 кГц. Относительная ошибка измерения 5%. В пятой главе рассмотрена модификация резиста на основе новолака и нафтохинондиазида электронами предельной дозой 10-3 Кл/см2. Данная глава посвящена оценке маскирующих свойств резиста ФП-383 на основе новолака и нафтохинондиазида при воздействии на него пучка электронов предельной дозы 1,5∙10-3 Кл/см2. Модификация резиста ФП-383 электронами осуществлялась на электроннолучевой установке ZBA-21 дозами порядка 10-3 Кл/см2. Под воздействием электронов полимерная основа фоторезиста ФП-383 – новолак, локально (в местах облучения) полимеризуется, а светочувствительная добавка (нафтохинондиазид) разрушалась в зависимости от дозы облучения частично. Поскольку в необлученных электронами областях резиста ФП-383 молекулы нафтохинондиазида не разрушены, то для жидкостного проявления рисунка резист облучали УФ-излучением лампы ДРП-3-400 в течение 15 сек. Мощность лампы ДРП-3-400 составляет 400 Вт, что позволяло получать хороший край рисунка в резисте. Изменение светочувствительности резиста ФП-383, при воздействии электронов, оценивалось по спектру пропускания снятым на спектрофотометре СФ-26.
Кривая изменения усадки пленки резиста ФП-383 под воздействием электронов показана на рисунке 10.
Рисунок 10 – Кривая усадки резиста ФП-383 при бомбардировке электронами различной дозы (D/e)
Из графика видно, что с увеличением дозы электронов усадка растет до определенного предела. Приближаясь к дозе 1,5∙10-3 Кл/см2, она выходит на постоянное значение (h/h0=0,6), при котором h/h0 – не меняется. Это можно объяснить тем, что число мостиковых связей в единице объема резиста, начиная с дозы 1,5∙10-3 Кл/см2 и выше, не меняется. В заключении изложены основные результаты и выводы по работе. Выводы 1. Методом спектроскопии установлено, что резист ФП-383 на основе новолака и нафтохинондиазида под воздействием высокочастотного звука 17 кГц и ультразвука 21 кГц интенсивностью 300 Вт/м2 деструктирует, при этом повышается светочувствительность полимерной пленки к УФ-излучению в диапазоне длин волн 280÷380 нм на 20%. 2. Также установлено, что модификации электронорезиста ПММА высокочастотным звуком 17 кГц интенсивностью 300 Вт/м2 позволяет повысить его чувствительность в 1,5 раза (с 23 мкКл/см2 до 15 мкКл/см2). 3. Воздействие на растворы полимеров ПММА и ММА-МАК в диглиме, новолака и нафтохинондиазида в диоксане ультразвуком 21 кГц интенсивностью 300 Вт/м2 в течение 15 мин в атмосфере воздуха приводит к механо-химической модификации полимеров, при этом уменьшается средняя молекулярная масса примерно в 2 раза. При этом предположительно кислород играет роль ингибитора. 4. Степень деструкции полимеров определяется потреблением звуковой энергии единицей объема полимерного раствора, при этом критическая объемная плотность энергии для полимеров составляет 2,7·108 Дж/м3. 5. Ультразвуковая обработка жидких резистов высокочастотным звуком 17 кГц интенсивностью 300 Вт/м2 позволяет снизить вязкость в 1,5÷2 раза, далее изменение вязкости не происходит и вся энергия преобразуется в тепло. 6. Позитивный фоторезист ФП-383 на основе новолака и нафтохинондиазида под воздействием электронов ведет себя как негативный электронорезист, причем его чувствительность составляет 15 мкКл/см2. 7. Под действием дозы электронов 1,5·10-3 Кл/см2 в резисте на основе новолака и нафтохинондиазида формируется предельная плотность межмолекулярных сшивок, что приводит к усадке резиста на 25%. 8. Пленка резиста ФП-383, обработанная пучком электронов высокой дозы (1,5∙10-3 Кл/см2), обладает хорошими маскирующими свойствами, что позволяет получать субмикронные размеры элементов (0,1 мкм). При этом рисунок, формируемый в резисте на основе новолака и нафтохинондиазида электронами 1,5·10-3 Кл/см2, имеет неровность края не более 0,05 мкм. Основное содержание работы отражено в следующих публикациях 1. Тригуб В.И., Федоров А.Е., Маравина С.Е., Яничкин В.А., Смирнов С.В. Изменение светочувствительности фоторезиста на основе нафтохинондиазида и новолака под воздействием ультразвука // "Физика и химия обработки материалов", 2004. №2. С.72-78. 2. Тригуб В.И., Федоров А.Е. Модификация резиста ультразвуком с целью повышения его чувствительности // Известия Академии инженерных наук РФ им А.М.Прохорова. Технология материалов и компонентов электронной техники. –Н.Новгород: ТАЛАМ, 2004. С.83-89. 3. Тригуб В.И., Федоров А.Е. Модификация резиста новолака и нафтохинондиазида ультразвуком в воздушной атмосфере // Материалы III Международной научно-практической конференции “Динамика научных достижений, 2004”. Т.68. Химия и химические технологии. – Украина, Днепропетровск: Наука, 2004. С. 38-41. 4. Тригуб В.И., Федоров А.Е., Карева Н.А. Метод получения рисунка в резисте ФП-383 электронами // Будущее технической науки Ниж. региона. Тез. докладов I регионального молодежного научно-технического форума 14 мая 2002 г. - Н.Новгород, 2002. С.384. 5. Тригуб В.И., Федоров А.Е., Маравина С.Е. Изменение светочувствительности резиста ФП-383 при воздействии ультразвука и электронов // Будущее технической науки Ниж. региона. Тез. докладов II региональной молодежной научно-технической конференции 16 мая 2003 г. –Н.Новгород, 2003. С.192-193. 6. Тригуб В.И., Федоров А.Е. Модификация ультразвуком фоторезиста на основе новолака и нафтохинондиазида // Будущее технической науки Ниж. региона. Тез. докладов III Всероссийской молодежной научно-технической конференции 26 мая 2004 г. – Н.Новгород, 2004. С. 176-177. 7. Тригуб В.И., Федоров А.Е., Маравина С.Е. Возможность использования фоторезиста ФП-383 в качестве электронорезиста // Рук. деп. ВИНИТИ 11.07.2003 г. №1360-В2003 8. Тригуб В.И., Федоров А.Е. Модификация резиста ультразвуком с целью повышения его чувствительности // Рук. деп. ВИНИТИ 23.01.2004 г. №112-В2004 9. Федоров А.Е. Модификация раствора полимера звуком высокой частоты // “10-я Нижегородская сессия молодых ученых. Технические науки”, Н.Новгород, 2005. С.104-106. 10. Тригуб В.И., Федоров А.Е., Солдатова Н.А. Ультразвуковой метод испытания жидкостей на деструкцию // Будущее технической науки Ниж. региона. Тез. докладов IV Международной молодежной научно-технической конференции 26 мая 2005 г. –Н.Новгород, 2005. С.226-227. 11. Тригуб В.И., Федоров А.Е., Силантьева О.А. Свойства резиста модифицированного высокочастотным звуком // Будущее технической науки Ниж. региона. Тез. докладов IV Международной молодежной научно-технической конференции 26 мая 2005 г. –Н.Новгород, 2005. С. 227. 12. Тригуб В.И., Федоров А.Е., Ястребова Т.Н. Формирование рисунка в резисте ФП-383 при облучении большими дозами электронов // Будущее технической науки Ниж. региона. Тез. докладов IV Международной молодежной научно-технической конференции 26 мая 2005 г. –Н.Новгород, 2005. С.227-228.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|