авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Физико-химические процессы при модификации полимеров высокочастотным звуком и электронами высокой дозы

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Федоров Алексей Евгеньевич

Физико-химические процессы ПРИ модификации

полимеров высокочастотным звуком и

электронами высокой дозы

Специальность: 02.00.04 – Физическая химия

(технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Нижний Новгород – 2006

Работа выполнена в Нижегородском государственном техническом университете на кафедре “Физика и технология материалов и компонентов электронной техники”

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Болдыревский Павел Борисович

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Зеленцов Сергей Васильевич

доктор химических наук

Плохов Сергей Владимирович

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие “Научно-производственное предприятие “Салют” (ФГУП НПП “Салют”), г. Н.Новгород

Защита состоится « » 2006 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.165.06 при Нижегородском государственном техническом университете по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ул. К. Минина, 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета.

Автореферат разослан «_____» ___________ 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Соколова Т.Н. ___________

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Современная литография – это технология формирования рисунка в маскирующем покрытии. В качестве маскирующего покрытия используются полимерные пленки (резисты). Одна из основных проблем литографии заключается в том, что при повышении чувствительности полимерных пленок к излучению, с целью увеличения производительности, снижается их разрешающая способность.

Предлагаемый в диссертационной работе способ повышения чувствительности заключается в модификации растворов полимеров ультразвуком и звуком высокой частоты низкой интенсивности. Такой метод позволяет повышать чувствительность резистов без потери их разрешающей способности. Возможность использования ультразвука для модификации резистов в микроэлектронике изучается уже достаточно продолжительное время. Однако ранее подобные исследования проводились с ультразвуком высокой интенсивности (порядка 3000 Вт/м2) и большим временем обработки (больше 60 мин). В данной диссертации для модификации полимерных растворов использовался ультразвук 21 кГц и высокочастотный звук 17 кГц малой интенсивности (порядка 300 Вт/м2) и сравнительно малое время облучения (15 мин). Модификация раствора резиста полимера осуществлялась как на поверхности полупроводниковой подложки (толщиной ~300 мкм), так и в объеме.

В настоящее время для выполнения межсоединений в интегральных схемах эффективно используются алюминий и золото. Однако при переходе к субмикронным размерам элементов (сужаются проводящие дорожки) возрастает плотность тока и температурный нагрев проводящих элементов, что приводит к разрушению легкоплавких проводников. Для решения этой проблемы многими исследователями предлагается использовать металлизацию из тугоплавких металлов (например, хром, вольфрам и молибден), которые могут выполнять роль проводников. Однако формирование рисунка в тугоплавких материалах в настоящее время проблематично, поскольку существующие резисты не обладают высокой стойкостью как к интенсивному плазмохимическому, так и длительному жидкостному травлению. Поэтому для реализации технологии получения рисунка в тугоплавких материалах при выполнении диссертационной работы





определены свойства резиста ФП-383 на основе новолака и нафтохинондиазида при воздействии на него пучка электронов высокой дозы (1,510-3 Кл/см2) с целью повышения его резистивных свойств и получения субмикронных размеров.

Цель работы

Модификация полимерных материалов звуком высокой частоты (17 кГц) и ультразвуком (21 кГц) низкой интенсивности (300 Вт/м) с целью повышения чувствительности резистов новолака и полиметилметакрилата (ПММА). Установление физико-химических закономерностей модификации резистивных пленок, полученных из полимерных растворов, после их обработки звуком высокой частоты и электронами высокой дозы.

Задачи диссертационной работы

В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:

  1. Определение характера и степени модификации тонких полимерных пленок звуком высокой частоты и ультразвуком низкой интенсивности с целью повышения чувствительности резистов на основе новолака и полиметилметакрилата без потери разрешающей способности.
  2. Определение степени модификации полимерных материалов звуком высокой частоты и низкой интенсивности (300 Вт/м2) в объеме.
  3. Модификация резиста на основе новолака и нафтохинондиазида электронами предельной дозой 10-3 Кл/см2 с целью получения маскирующего покрытия, стойкого к длительному жидкостному травлению.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

1. Показано, что при модификации резиста на основе новолака и нафтохинондиазида ультразвуком (21 кГц) и высокочастотном звуком (17 кГц) интенсивности 300 Вт/м2 уменьшается его молекулярная масса в 2 раза, что приводит к повышению светочувствительности полимерной пленки к ультрафиолетовому (УФ) излучению в диапазоне длин волн 280380 нм на 20% без потери разрешающей способности..

2. Установлено, что при модификации позитивного электронорезиста ПММА высокочастотным звуком 21 кГц интенсивности 300 Вт/м2 повышается его чувствительность к электронам в 1,5 раза (с 23 мкКл/см2 до 15 мкКл/см2).

3. Выявлено, что степень деструкции полимеров определяется величиной потребления звуковой энергии единицей объема полимерного раствора, причем критическая объемная плотность энергии для полимеров составляет 2,7·108 Дж/м3.

4. Выявлено, что позитивный фоторезист ФП-383 на основе новолака и нафтохинондиазида под воздействием электронов ведет себя как негативный электронорезист, причем его чувствительность составляет 15 мкКл/см2.

5. Показано, что пленка резиста ФП-383, обработанная пучком электронов высокой дозы (1,510-3 Кл/см2), обладает хорошими маскирующими свойствами, что позволяет получать субмикронные размеры элементов.

Практическая значимость работы заключается в том что:

1. Метод звуковой обработки полимерных растворов может быть применен для повышения чувствительности резистов без потери разрешающей способности, а также для улучшения качества рисунка за счет снижения молекулярно-массового распределения.

2. Разработана технология получения маскирующего покрытия на основе резиста ФП-383 путем его модификации высокой дозой электронов (1,5·10-3 Кл/см2) с целью формирования рисунка с субмикронными размерами элементов в тугоплавких и труднорастворимых металлах (например, в хроме).

На защиту выносятся результаты экспериментов, доказывающие что:

1. 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 280380 нм на 20%.

2. 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 в атмосфере воздуха приводит к механо-химической модификации полимеров, при этом уменьшается средняя молекулярная масса примерно в 2 раза.

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. Резист ФП-383 в процессе облучения электронами ведет себя как негативный электронорезист, причем чувствительность его составляет 15 мкКл/см2.

6. Резистивная структура, сформированная дозой 1,510-3 Кл/см2 в резисте ФП-383 на основе новолака и нафтохинондиазида, является очень стойкой к длительному жидкостному травлению (например, в диметилформамиде), что подтверждает ее высокие защитные свойства в литографических процессах.

7. Под воздействием дозы электронов 1,5·10-3 Кл/см2 в резисте ФП-383 на основе новолака и нафтохинондиазида формируется предельная плотность межмолекулярных сшивок, что приводит к усадке резиста на 25%.

8. Использование пленки резиста ФП-383 на основе новолака и нафтохинондиазида, обработанного электронами дозой 1,5·10-3 Кл/см2, позволяет получать рисунок с размерами 0,1 мкм, при этом неровность края составляет не более 0,05 мкм.

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 1520 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 1721 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 1,510-3 Кл/см2.

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)/(Vc), (1)

где q – энергия, затрачиваемая на модификацию резиста, Дж/м2; I – интенсивность облучения ультразвуковыми волнами, Вт/м2; – 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 250430 нм в процессе модификации резиста ультразвуком с частотой 21 кГц связано с частичным разрушением макромолекул нафтохинондиазида.



В более длинноволновой области спектра 440600 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.

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) (T=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.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.