Лабораторная работа № 4.

Тема: Определение полноты протекания фотохимической реакции.

Цель работы: В зависимости от условий экспонирования оценить полноту протекания фотохимической стадии поглощения световой энергии.

Используемые оборудование и материалы: центрифуга для нанесения тонких слоев на подложку, фоторезист ФП 9120 (2001 г.), этиловый спирт для обезжиривания поверхности, проявитель 0,4% КОН, УФ лампа, сушильный шкаф, кремниевые пластины, спектрофотометр, метилурозоль, кварцевая кювета.

Теоретическая часть:

Одна из важных задач в фотохимии это установление возможности протекания вторичных (темновых) и промежуточных реакций, возникающих в результате первичных процессов. Для решения этой задачи используют различные аналитические методы контроля, а именно проводят спектроскопические исследования (электронные и ИК-спектры), электронный парамагнитный резонанс, масс-спектрометрия, хроматография, физико-химические методы исследования.

Экспонирование фотослоя — это облучение пленки фоторезиста УФ-лучами в нужном диапазоне длин волн с помощью фотошаблона для формирования заданного рельефа. При контактной фотолитографии пленка фоторезиста и фотошаблон приводятся в контакт, и пленка экспонируется через фотошаблон актиничным светом.

Если на пленке уже есть рельеф и требуется на нем сформировать новый, производят операцию совмещения рельефа на пластине с рельефом на фотошаблоне при помощи оптического устройства установки, а затем производят экспонирование.

Для обоснованного выбора источников излучения необходимо согласование спектров поглощения фоторезистов со спектрами эмиссии источников излучения. Спектральная чувствительность наиболее используемых резистов известна, она лежит в УФ- и видимой области спектра, и обусловлена наличием азидных, хинондиазидных, арилазидных и других групп солей диазония и большого числа органических сенсибилизаторов, имеющих атом с неподеленной парой электронов.

Срок хранения растворов фоторезистов ограничен от 6 месяцев до 1 года. При использовании их следует придерживаться данных изготовителем инструкций по хранению фоторезиста и иметь в виду конечный срок его реализации. В растворах жидких фоторезистов наблюдается медленное течение нескольких термолитических и гидролитических реакций (на примере ДХН-фоторезистов).

1. Гидролиз целлозольвацетата (растворитель) с образованием кислоты, которая является катализатором реакций разложения нафтохинондиазида и, как следствие, потери фоточувствительности

2. СН₃СООСН₂СН₂ОС₂Н₅+Н₂О→СН₃СООН+С₂Н₅ОС₂Н₄ОН

3. Термолиз нафтохинондиазида с последующим образованием азокрасителя путем присоединения исходной молекулы ДХН к образовавшейся инденкарбоновой кислоте.

4. Образование азосоединений ДХН и смолы фоторезиста.

5. Гидролиз сульфоэфира нафтохинондиазида с образованием более растворимых продуктовError: Reference source not found

   Error: Reference source not found

Степень старения фоторезиста может быть определена по многим показателям. Наилучшим методом считается метод измерения скорости утоньшения пленки с фиксацией конца процесса лазерной установкой. Метод основан на регистрации интерференции излучения лазера, отраженного как от экспонированной, так и от неэкспонированной пленок резиста. При сопоставлении интерференционных картин проявления старых и новых пленок фоторезиста можно судить об отсутствии изменений за время хранения, связанных с изменением скорости растворения неэкспонированных (R₀) и экспонированных (R) пленок фоторезиста.

УФ-спектроскопия. Любые изменения УФ-спектров пленок резистов, нанесенных на кварцевые пластины, могут свидетельствовать об образовании азокрасителей или потере светочувствительного компонента, что может приводить к эффекту фотопросветления.

ИК-спекроскопия. Сдвиги линий ИК-спектров, появление новых и исчезновение старых линий могут говорить о существенном изменении состава резиста со временем, например о разложении ДХ-основы при неправильном хранении ДХН-резистов, идущем с выделением инденкарбоновой кислоты, выходе азота и других процессах.

Фоторезисты ФП-9120-1 и ФП-9120-2 представляют собой растворы светочувствительного о-нафтохинондиазида и алкилфенолформальдегидных смол в смеси органических растворителей на основе алкилцеллозольвацетатов и различаются по вязкости, толщине формируемой пленки и разрешающей способности резиста.

Контроль качества резиста может проводиться по многим параметрам:

- Контроль внешнего вида

- Определение кинематической вязкости фоторезиста

- Определение массовой доли воды в фоторезисте

- Определение фильтруемости фоторезиста

- Определение разрешающей способность пленки фоторезиста

- Определение толщины пленки фоторезиста

- Определение адгезии пленки фоторезиста к поверхности оксида

- Устойчивость пленки фоторезиста в проявителе

- Термостойкость проявленного рельефа

- Определение светочувствительности и гамма-контраста пленки фоторезиста

Экспериментальная часть:

1. Фоторезист ФП 9120 (2001 г.) разбавляем в 1000 раз, в качестве растворителя использовался метилцеллозольв.

2. Снимаем спектр поглощения на спектрофотометре в интервале 370-500 нм.

3. Проводим облучение фоторезиста в кювете каждые 10, 30, 60, 90, 180, 300 секунд снимаем спектры поглощения. Спектры представлены на рис. 1.

4. Построили график зависимости . Из линейной зависимости при любом значении Н можно найти степень фотолиза. Так, для точки С степень разложения нафтохинондиазида можно определить по отношению длин отрезков (АС/АВ)100 %.

Таблица 1 – Величины ..

А, отн. ед.	tобл, сек	lgА, отн.ед.
0,327054	0	-0,48538
0,203048	10	-0,6924
0,131652	30	-0,88057
0,073976	60	-1,13091
0,038199	90	-1,41795
0,033778	180	-1,47136
0,040471	300	-1,39286

Степень разложения ДНХ определили по прямолинейному участку кривой.

1. 0,21/0,93 * 100% = 22,6 %

2. 0,4/0,93 * 100% = 43 %

3. 0,65/0,93 * 100% = 70 %

Вывод: В ходе проделанной лабораторной работы, провели экспонирование фоторезиста ФП 9120 (2001г.), в зависимости от условий оценили полноту протекания фотохимических реакций. Из линейного участка зависимости нашли степень фотолиза при различных значениях Н. Максимальная степень фотолиза составляет 70 %.