Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время в технологии микро-, нано- и опто-электроники при изготовлении мастер-шаблонов, наноштампов, СБИС, датчиков различного назначения широко используются тонкие (менее 1мкм) фоторезистивные покрытия с неоднородностью по толщине, не превышающей ± 5%. Слои этих покрытий необходимы для создания фотомасок, определяющих топологию микросхем и обеспечивающих высокую разрешающую и маскирующую способность, а также хорошую воспроизводимость.
Создание и массовое производство ИС и других электронных приборов, имеющих высокое быстродействие, минимальные размеры и вес, обусловлено высокой разрешающей способностью, которая определяется совершенством фотомаски, получаемой в литографическом процессе.
Известно, что в литографическом процессе при формировании пленок резистов на подложках некруглой формы в поле центробежных сил образуются утолщенные области по углам подложки, которые приводят к заметному снижению разрешающей способности и полезной площади фотомаски.
Имеется достаточно большое количество публикаций, посвященных исследованию процесса формирования покрытий в поле центробежных сил на подложках круглой формы. Но, до сих пор очень мало работ, исследующих нанесение тонких полимерных пленок на некруглые подложки. При этом разные авторы неоднозначно интерпретируют процесс центрифугирования на подложках некруглой формы.
Кроме того, практически отсутствуют работы рассматривающие не отдельные этапы процесса нанесения полимерных покрытии, а в их совокупности. Такой подход позволил бы наметить пути оптимизации конструктивно-технологических параметров процесса и разработать единую программу управления им.
Поэтому появилась настоятельная необходимость рассмотрения процесса с единых позиций, которые бы способствовали разработке методик оптимизации конструктивно-технологических параметров и управления процессом нанесения полимерных покрытий.
Данная работа посвящается исследованию процесса формирования резистивных покрытий на подложках некруглой формы в поле центробежных сил, разработке методик оптимизации и управления процессом и разработке конструктивных схем центрифуг, обеспечивающих высокое качество покрытий, наносимых на подложки некруглой формы.
Цели и задачи работы:
Исследование процессов формирования пленок из растворов полимеров при нанесении их на подложки некруглой формы в поле центробежных сил.
Исследование закономерностей, определяющих толщину, равномерность толщины покрытия на подложках некруглой формы.
Разработка модели формирования полимерных покрытий, учитывающей как гидродинамические, так и тепло-массообменные особенности процесса.
Определение оптимальных режимов центрифугирования для получения однородных и воспроизводимых по толщине покрытий на подложках некруглой формы.
Разработка схем и рекомендаций по проектированию конструкции установок, обеспечивающих нанесение равномерных покрытий на подложки некруглой формы в поле центробежных сил.
Методы исследования:
Теоретические исследования основаны на анализе гидродинамики и тепло-массообмена при течении тонких слоев жидкости на вращающемся диске.
Экспериментальные исследования проводились на специально созданном стенде в лаборатории кафедры «Микроэлектроника» МГИЭТ (ТУ).
Для измерения геометрических параметров покрытий на подложках некруглой формы были использованы: универсальный оптический микроскоп VISTEC INM100, профилометр Alpha step 200, МИИ - 4 и сканирующий электронный микроскоп.
Научная новизна диссертации:
Созданы физическая и математическая модели процесса нанесения покрытий из растворов на подложках некруглой формы в поле центробежных сил.
Впервые получены зависимости, описывающие различные этапы (нанесение, испарение, сушка, полимеризация) формирования слоя полимера.
Впервые получены обобщенные зависимости, учитывающие влияние различных факторов (гидродинамики, тепломассообмена, физики полимеров) на процесс формированию покрытии.
Разработана методика оптимизации конструктивно-технологических параметров и управления процессом нанесения полимерных покрытий, способствующие повышению эффективности процесса нанесения покрытия на подложки.
Разработан новый способ формирования покрытий.
Разработаны технические предложения для проектировании центрифуг и схемы центрифуг, позволяющие устранять или уменьшать утолщенные области и обеспечивать более равномерное покрытие на подложках некруглой формы.
Практическая значимость работы
Результаты могут быть использованы при проектировании центрифуг и отработки технологических процессов для нанесения пленок из растворов полимеров как в электронной технике, например, при изготовлении фотошаблонов, нанесении полимерных покрытий на подложки некруглой формы для МЭМС и НЭМС применения и при изготовлении наноштампов для нано-литографических (Nano-imprinting) процессов, так и в других отраслях, а также в учебном процессе ВУЗ-ов по специальности "Технологические процессы и оборудование электронной техники".
Достоверность результатов
Сопоставление теоретических и экспериментальных исследований, разработанных математических и физических моделей с результатами экспериментов, проведенных на специально разработанном стенде и промышленном фотолитографическом оборудовании, свидетельствуют об их адекватности.
Внедрение
Учебный методический комплекс (УМК) по дисциплине «Технохимические и литографические процессы и оборудование», МИЭТ, 2007г.
УМК по дисциплине «Физические основы формирования топологии микросхем», МИЭТ, 2007г.
НИР «Изготовление макетов нано и микроэлектромеханических и оптоэлектромеханических элементов», 2007 г. (по государственному контракту №02.513.11.3228 от 17 мая 2007, шифр «2007-3-1.3-11-03-041»).
Внедрение подтверждено соответствующими актами.
На защиту выносится следующее:
Физическая и математическая модели процесса формирования полимерной пленки на подложках некруглой формы в поле центробежных сил.
Обобщенные зависимости, характеризующие влияние различных факторов (гидродинамики, тепло-массообмена, физики полимеров) на процесс формирования покрытий.
Методика оптимизации конструктивно-технологических параметров и устройство, способствующие повышению эффективности процесса нанесения полимерных покрытий на подложки.
Методика и компьютерная программа для определения оптимальных динамических характеристик (времени разгона и конструктивных размеров элементов привода) быстроразгонной центрифуги.
Новая конструкция центрифуги, способствующая повышению эффективности процесса нанесения полимерной пленки на подложках некруглой формы в поле центробежных сил.
Апробация работы
Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
КРЕМНИЙ-2008, V Международная конференция и IV школа молодых ученых и специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе. Черноголовка, 1-4 июля 2008.
Всероссийский смотр научных и творческих работ иностранных студентов и аспирантов, Томский политехнический университет (Институт международного образования), 2007.
13, 14 и 15-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика ". Москва, Зеленоград, МИЭТ.
Научная сессия МИФИ-2008. Т.8 Автоматика и электроника в атомной технике. «Микро и наноэлектроника». Москва.
Публикации по работе.
Основное содержание работы отражено в 12 печатных работах.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов по работе, библиографического списка использованной литературы, приложения и актов о внедрении результатов работы. Общий объем диссертации - 170 страницах, включая: 9 таблиц, 65 рисунков, 5 приложений и список литературы из 104 наименований.
