Министерство образования и науки Российской Федерации

(МИНОБРНАУКИ РОССИИ)

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ТГУ)

Химический факультет

Кафедра аналитической химии

ПРАКТИЧЕСКАЯ ФОТОЛИТОГРАФИЯ

Отчеты по лабораторным работам

Проверила:

Н.А. Гавриленко

«_____»__________2014 г.

студент группы № 08012

_____________П. В. Быкова

Томск 2014

Оглавление

Лабораторная работа № 1. 3

Лабораторная работа № 2. 8

Лабораторная работа № 3. 12

Лабораторная работа № 4. 14

Лабораторная работа № 5. 19

Лабораторная работа №6 22

Лабораторная работа №7 25

Лабораторная работа №8 29

Лабораторная работа № 1.

Тема: Оптимизация режима сушки фоторезиста ФП 9120.

Цель работы: Оптимизировать условия сушки ФП 9120 методом факторного планирования эксперимента типа 2².

Используемое оборудование и материалы: центрифуга для нанесения тонких слоев на подложки, фоторезист ФП9120, этиловый спирт для обезжиривания поверхности, проявитель 0,4% КОН, УФ лампа, сушильный шкаф, кремниевые пластинки.

Теоретическая часть:

Влияние температуры и времени сушки. Сушка нанесенного слоя фоторезиста служит для удаления остатков растворителя из пленки фоторезиста и пленкообразования. Она необходима также для обеспечения большей адгезии между подложкой и фотослоем, что позволит пленке фоторезиста выдерживать действие сил деформации во время проявления. От проведения этой операции во многом будет зависеть качество формируемого в пленке изображения.Существует несколько методов сушки фотослоя в процессе изготовления ИС: термическая обработка; ИК-сушка; вакуумная сушка при комнатной температуре; сушка в ВЧ-печах; конвекционный нагрев.Выбор режима сушки определяется температурой фазового перехода, при которой еще не происходит термического или фотохимического изменения светочувствительного компонента. С повышением температуры увеличивается молекулярное движения полимерной цепи, полимеры ведут себя как вязкотекучие жидкости. При понижении температуры движение замедляется и при температуре стеклования полностью прекращается. Ниже T_g любой полимер приобретает T_g характеристики стекла. Для выбора режимов сушки необходимо знать ряд физических и химических характеристик всех составляющих резиста (полимерная основа, светочувствительная компонента, растворитель). Температура сушки должна быть больше температуры стеклования полимера и температуры кипения растворителя, но меньше температуры разложения всех составляющих резиста. Т_g и T_d определяют верхний и нижний пределы сушки. В некоторых случаях невозможно выполнение требования T_с>T_к.

Таблица 1. Т_g, T_d, T_к типовых резистов и их растворителей и рекомендуемые режимы сушки

Резист	Тg, ºС	Td, ºС	Растворители	Тк, ºС	Рекомендуемые температуры сушки, ºС
Каучуковый азид Каучук Азид	54 	201 100	Ксилол	140
ПММА	105	200	Хлорбензол	126	160180 (20–30 мин)
Полибутен – SO2	65	125	Метил-2-эпоксиэтил-ацетат	145
Нафтохинондиазид (ДХН) Составляющие ДХН: а) новолак б) диазохинон	75100  	150300  100	целозольвацетат бутилацетат диглим (димети-ловый эфир диэтилен-гликоля)	156 126 162	75–90, t=20 мин (при 100 ºС теряется 50 % светочув-ствитель-ности компонента)
ПВЦ					140

Сушку осуществляют в 2 этапа:

1. при комнатной температуре — 10–15 мин для удаления большей части растворителя;

2. при конечной температуре – в течение 20–30 мин. Иногда проводят трехтемпературную сушку с промежуточной температурой 40–50 °С во избежание быстрого выхода растворителя при конечной температуре и вспучивания пленки.

Виды дефектов высушенной пленки.

1. Остатки растворителя

Все пленки, подготовленные к экспонированию, содержат определенное количество оставшегося растворителя, удалить полностью который невозможно из-за ограничений температуры и времени сушки. Остатки растворителя оказывают неблагоприятное влияние, которое выражается в следующем:

• уменьшение отношения V/V₀, где V, V₀ – скорости растворения облученных и необлученных участков позитивного фоторезиста соответственно. V/V₀ должны быть > 10;

• подтравливание резиста, образование клина проявления;

• потеря адгезии при проявлении;

• набухание негативных резистов при проявлении;

• уход размеров элемента.

2. Остаточное напряжение.

Уход растворителя из пленки вызывает появление в ней внутренних напряжений, за счет которых могут быть дефекты:

• потеря адгезии при проявлении;

• растрескивание пленок;

• усадка пленок.

Методы снижения напряжения:

• правильный выбор растворителя. Чем медленее он испаряется, тем меньше напряжение;

• использование эластомерных резистов на основе каучука;

• использование эластомерных добавок с низким модулем упругости и пластификаторов, например, бутилфталата;

• при нагревании резиста выше его температуры стеклования Т_g ослабляются напряжения. Использование низкоплавких полимерных резистов с небольшим значением Т_g позволит существенно повысить температуру сушки без разложения светочувствительной составляющей резиста.

3. Наличие проколов в пленке.

4. Неизбежные загрязнения поверхности пластины адсорбированными частицами из воздуха.

Экспериментальная часть:

1. Подготовили кремниевую пластину для нанесения фоторезиста путем обезжиривания поверхности этиловым спиртом.

2. Нанесли фоторезист методом центрифугирования в течение 1мин. со скоростью 2000 оборотов/мин.

3. Проводили предэкспозиционную сушку.

Таблица 1 Области интервалы варьирования факторов

Наименование	Кодовое обозначение факторов	Значения факторов в натуральном масштабе
		Т, 0С	t, мин
Температура сушки резиста	Х1
Время сушки резиста	Х2
Основной уровень	0	75	35
Интервал варьирования	Δj	5	5
Верхний уровень	+1	80	40
Нижний уровень	-1	70	30

Таблица 2. Матрица планирования, условия проведения и результаты опытов

№	Х1	Х2	Т, 0С	t, мин	τ1	τ2	τср	S2	Критерий Кохрена	b0	b1	b2	b12
1	+1	+1	80	40	1,19	1,31	1,25	0,0072	0,537	1,423	-0,173	0,0475	0,0475
2	-1	+1	70	40	1,75	1,63	1,69	0,0072
3	+1	-1	80	30	1,13	1,36	1,25	0,0264
4	-1	-1	70	30	1,57	1,44	1,50	0,0085
								ΣS2=0,0493

1. Проверка воспроизводимости опытов

Провели расчет дисперсии S², рассчитали сумму дисперсииΣS² и расчетное значение критерия КохренаG по формуле:

Процесс воспроизводим, так как расчетное значение критерия Кохрена меньше табличного значения (0,907).

2. Расчет коэффициентов в уравнении регрессии

Уравнение регрессии: y = b₀ + b₁×X₁ + b₂×X₂ + b₁₂×X₁₂

Y = 1,423 – 0,173×X₁ + 0,0475×X₂ – 0,0475×X₁₂

3. Проверка значимости коэффициентов

Дисперсия воспроизводимости: S_y² = ΣS²/4 = 0,0123325

Дисперсия среднего значения, то: S_y² = 0,0123325/2 = 0,006163

Табличное значение коэффициента Стьюдента для 4 опытов составляет 2,78.

В данной работе составляет 0,11. Для определения значимости коэффициенты в уравнении регрессии должны быть больше по модулю, чем 0,11. Значит значимыми коэффициентами являются b₀ и b₁.

Тогда уравнение регрессии примет следующий вид: y = 1,423 – 0,173×Х₁

4. Проверка адекватности модели

Формула для расчета дисперсии адекватности:

Вывод: В ходе лабораторной работы была проведена оптимизация режима сушки фоторезиста ФП 9120 методом факторного планирования эксперимента типа 22 (температура и время сушки). В рассматриваемом случае наибольшее значение оказывает влияние на отклик температура, т.е. с уменьшением температуры изменение будет происходить наиболее интенсивно, в то время как время сушки не оказывает сильного влияния на отклик. Для дальнейших исследований была выбрана температура сушки 70°С и время сушки 40 минут.