Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Апробация результатов работы




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.

 

H2O

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.

H2O
Третья глава посвящена выявлению процессов, происходящих при модификации тонких полимерных пленок (резистов) ультразвуком (21 кГц) и звуком высокой частоты (17 кГц) на полупроводниковых подложках.

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.

 

 

 

 

 


T,%
ММА-МАК
ПММА
T,%
В более длинноволновой области спектра 440÷600 нм поглощение света пленкой резиста ФП-383 связано с присутствием макромолекул новолака, который поглощает в видимом диапазоне (рисунок 4). Увеличение поглощения пленкой резиста также говорит о деструкции макромолекул новолака в ультразвуковом поле.

 

 

                       
   
 
 
 
   
 
   
 
 
 
   
λ, нм
 
λ, нм

 


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).

t, мин

 

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

Наименование показателей ПММА ММА-МАК
Угол α17 кривой проявления при 17 кГц 45° 40°
tgα17   0,84
Угол α21 кривой проявления при 21 кГц 35° 35°
tgα21 0,7 0,7
Средняя молекулярная масса резиста (М0), модифицированного звуком на частоте 21 кГц 420000 а.е.м. 400000 а.е.м.
Средняя молекулярная масса резиста (М), модифицированного звуком на частоте 17 кГц 364000 а.е.м. 370000 а.е.м.

 

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.

ММА-МАК η, ×10-4 Н∙с/м2 (вязкость)  
ФП-383 η, ×10-4 Н∙с/м2 (вязкость)  
Из рисунка 8 видно, что звуковая обработка позволяет снизить вязкость в 1,5÷2 раза, далее энергия звукового поля переходит в тепло. Учитывая постоянство температуры, причиной снижение вязкости является деструкция макромолекулполимера.

                   
   
     
     
 
       
 
 
 
 
(энергия, затраченная звуком на модификацию жидкости) E, ×105 Дж/м2


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.

T, %
Резистивная структура, сформированная электронами дозой 1,5·10-3 Кл/см2, очень стойкая к воздействию органических растворителей, что доказывает наличие в пленке высокой плотности мостиковых связей в единице объема, следовательно, пленка имеет высокие защитные свойства. Пички кривой 1, на графике 9, доказывают наличие молекул нафтохинондиазида в резисте. Край кривой пропускания 2 сглажен по сравнению с кривой 1, следовательно, нафтохинондиазид полностью разрушен.

 

 

 

 
Рисунок 9 – Спектр пропускания резиста ФП-383 исходного (1) и модифицированного электронами дозой 1,5∙10-3 Кл/см2 (2)

 

 

λ, нм

 

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.

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...