Фото електроно і рентгенорезисти (стр. 2 из 5)

1. Екологічно шкідливі.

2. Не чутливі до кисневого інгібірування фотохімічних реакцій.

3.Мають найкращу серед звичайних резистів плазмостійкість завдяки наявності фенольних компонентів у смолі.

4.Можуть бути термічно стабілізовані до 200 °С .

5.Допускають допроявлення, легко видаляються, придатні для
вибухової літографії.

6.Можуть використовуватися для двошарових резистних систем в
якості маски, стійкої в плазмі О₂ .

7.Можливе звертання зображень для одержання негативного зображення.

Головними недоліками позитивних ДХН-резистів є:

1.Малий допускна параметри проявлення при малих дозах експонування.

2.Уміренний контраст (γ<2) у багатьох промислових ДХ-резистів.

3.Середня чутливість, 75 мДж/см², зв’язана з низьким квантовим виходом ~ 0,2.

4.Погана адгезія до поверхні кремнію. Потрібна обробка пластини перед нанесенням.

1.3.Негативні фоторезисти

Фоторезисти, у яких розчинність експонованої ділянки зменшується, називають негативними [3].

Тобто, негативними резистамиє полімери або композиції, що залишаються в експонованій області після проявлення. Після експонування резист стає в більшому ступені нерозчинним (повільніше розчиняється), ніжнеекспонований. Нерозчинність може бути викликана:

1) збільшенням молекулярної ваги внаслідок полімеризаціїабо поперечної зшивки;

2) зміною полярності в результаті утворення більшполярних або напроти менш полярних функціональних груп;

3) зміною ступеня окислювання іона абостабільноюіонізацією комплексу зпереносом заряду.

Дія найбільш розповсюдженихрезистів заснована на неупорядкованомупоперечному зшиванні (рис.1.4) основних або бічних ланцюгів.

Рис.1.4. Звичайне поперечне зшивання хаотично орієнтованих полімерних ланцюгів. На утворення кожної поперечної зшивки потрібно не менш одного окремого акта впливу випромінювання. Для показаних тут п'яти полімерних ланцюгів потрібно від п'яти до десяти таких актів.

На кожну зшивку потрібно не менш одного фотохімічного акта, що активує цей процес. У рідкій фазі полімеризацію мономера при низькій дозі опромінення (чутливість висока) можна забезпечити за рахунок ланцюгових реакцій. У результаті первинної фотохімічної реакції утвориться ініціатор (І), що починає полімеризацію шляхом приєднання до мономера. У свою чергу до цього мономера приєднується наступна ланка і т.д. Цей процес, послідовнопоширюючись на 10⁴мономерних одиниць, закінчується утворенням лінійної полімерної молекули (рис.1.5).

Рис.1.5. При упорядкованій орієнтації полімерних молекул одиничний радіаційний вплив у точці А приводить до поперечної зшивки п'яти полімерних ланцюгів, що перериваються в точке В. У результаті зшивання утвориться сітчаста структура; квантове посилення (вихід) дорівнює 5. Один фотон ініціює п'ять хімічних реакцій.

Для неупорядкованої полімеризації рідкофазної мономерної системи, що ініціюється одиничним фотохімічним актом, була обчислена теоретична максимальна чутливість фоторезисту - 1 мДж/см². Нажаль, при кімнатній температурі рідкі мономери не утворять не липких плівок, тому як резисти вони не представляють практичного інтересу.

Якщо мономери розподілені в твердій плівці, то із-за високої в’язкості середовища радикали не рухаються, поширення реакції обмежено і досягається лише 10 - кратна конверсія по ступеню полімеризації.

У сучасній модифікації класичної вільнорадикальної полімеризації для негативних резистів використовується поверхнева постполімеризація. На поверхні полімеру створюються вільні радикали або катіони (у результаті розкладання онієвих солей опроміненням). Плівка приводиться в контакт із мономером, що полімеризується поверх зображення. При дуже малих дозах опромінення (< 5 мДж/см²) можна одержати гарний двошаровий резист, якщо використовувати кремнієвмісні мономери. Замість лінійних ванільних мономерів, що полімеризуються в розчинний полімер, можна використовувати розгалужені мономери, в частковому випадку поліфункціональні акрилати.

З усіх видів полімеризації (рис.1.6) упорядкована полімеризація є найбільш ефективним способом швидкого перетворення мономерів або мономерних придатків у зшиті або високомолекулярні полімери. Однак для досягнення нерозчинності реальних резистів використовується головним чином неупорядковане міжмолекулярне зшивання [3].

Зниження розчинності при експонуванні проходить по стадіях через агломерацію до гелеутворення (рис.1.7). У гель - фракції може бути присутнім золь-фракція (розчинна), що обумовлено полідисперсністью полімеру, тобто наявністю низькомолекулярних компонентів.

Рис.1.6 Зміна молекулярної ваги в залежності від дози у випадках: О - упорядковане зшивання; С - неупорядкованого зшивання; В - розгалуження;

Р - лінійної полімеризації.

Полідисперсність представляється у виді відношення середньої вагової молекулярної маси (М_w) до середньо чисельної (М_n) і змінюється від 1 (монодисперсний розподіл) до приблизно 15. Полідисперсність і дисперсність більшості вільнорадикальних полімерів лежить у діапазоні від 1,5 до 3. По ідеї максимуми чутливості, роздільної здатності і виходу полімеризації в системах, що зшиваються, забезпечуються у випадку монодисперсних полімерів з найбільшою молекулярною вагою. Однак полімери з меншою молекулярною вагою менш схильні до набухання, у силу чого мають велику роздільну здатність, ніж високомолекулярні. На практиці в більшості випадків використовуються полідисперсні полімери, що зв'язане з високою вартістю одержання монодисперсних полімерів.

Рис.1.7.Стадії фото індукованого пониження розчинності резиста, який зшивається.

Фоторезисти на основі поливинилциннамата і його похідних. Основою цього типу фоторезистів є полімери типу полівінілциннамата, що містять групи СО-СН=СН-R, де R може бути - C₆H₅; -СН = СН- C₆H₅. Максимум поглинання полівінілциннамата в області 280 нм обумовлює необхідність його сенсибілізації, для чого застосовують з’єднання типу 2-кето-3-метил-1,3-діазобензантрона,1-метил-2-бензоіл-метилен-нафтотіазолина.

Запропоновано наступний типовий процес застосування фоторезистів на основі полівінілциннамата [2] :

1) підкладки піддаються фізико-хімічному очищенню з метою знежирення і видалення механічних забруднень. Для SiО₂ рекомендується термообробка при 473 К протягом 1 години безпосередньо перед нанесенням покриття. Рекомендується також збереження пластин у середовищі азоту при контрольованій вологості близько 20%. Можлива також обробка SiO₂ і збереження пластин у герметичних посудинах у парах фреону;

2) фоторезисти очищаються і при необхідності розбавляються. Рекомендується наносити плівки фоторезистів на центрифузі в атмосфері очищеного азоту при температурі приблизно 293 К і відносній вологості 20%. Оцінюють задану товщину покриття і перевіряють експериментально.

3) сушіння сформованих плівок проводиться в установці з інфрачервоним нагріванням при температурі 353 К протягом 180 секунд в атмосфері азоту. Слід зазначити, що рекомендуєма температура сушіння підтверджується термомеханічними дослідженнями полівінілциннамату і співставляється з температурною областю переходу полімеру (рис.1.8);

Рис.1.8.Термомеханічні властивості полівінілциннамата: 1 - до опромінення; 2 – після опромінення.

4) дослідження світлочутливості фоторезисту показало, що вона знаходиться в зворотній залежності від кількості залишеного в плівці розчину. Фоторезисти на основі полівінілциннамату мають більшу стабільність світлочутливості при зміні зовнішніх умов експонування, ніж склади на основі циклокаучуку;

5) можливі різні варіанти проявлення плівок фоторезисту. По одному з них плівки видержуються по черзі в посудинах із проявником (толуол або трихлоретилен) протягом 30 с в кожному. По іншому варіанті - проявлення проводять протягом 30 с у трихлоретилені з послідовним промиванням у суміші трихлоретилену і ізопропілового спирту (1:1). Можливо також проявлення у парах трихлоретилену протягом 60-90 с. Після проявлення і промивання плівки сушаться або на повітрі, або в атмосфері азоту, а потім з метою видалення розчинників при температурі 373 К протягом 600 с;

6) друга термообробка рекомендується протягом 1 години при температурі близько 423 К. Можлива також обробка при температурі 443-453 К протягом 600 - 900 с;

7) для видалення плівок фоторезисту після операції травлення застосовуються або плазмохімічні, або фізико-хімічні методи з застосуванням розчинників типу хлористого метилену, а також обробка в кислотах типу кислоти Каро і H₂SO₄.

Плівки фоторезистів товщиною 0,6-0,9 мкм в умовах контактної фотолітографії відтворюють елементи зображення розміром 1,5-2,5 мкм.

Фоторезисти на основі циклокаучуків і їхніх похідних[2]. Фоторезисти, як правило, містятьфотонеактивнийциклокаучук (або його похідні), світлочутливу добавку типу бісазидів і систему розчинників.

Циклокаучуки в порівнянні з вихідними каучуками відрізняються значно меншою схильністю до набрякання при проявленні і поліпшеною адгезією до підкладок.

Фоторезисти на основі циклокаучуків різних фірм відрізняються між собою відносною молекулярною масою, ступенем циклізації полімеру.

Як розчинники для фоторезистів використовують звичайно суміш ксилолу (82%) і толуолу (12%). Ці композиції володіють поверхневим натягом (28—29)·10^-7 Дж/см² і забезпечують одержання задовільних плівок з рівномірною структурою. Для поліпшення адгезії рекомендується вводити до складу фоторезистів ряд сполук типу N - заміщених імидів.