Введение к работе
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:
-
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.
-
Определение степени модификации полимерных материалов звуком высокой частоты и низкой интенсивности (300 Вт/м2) в объеме.
-
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 2,7108 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 (1,510-3 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 2,7108 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 1,510-3 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 1,510-3 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.
