Лабораторна робота № 2 Вивчення фотохімічних властивостей світлочутливих матеріалів

Мета роботи:

1. Вивчення процесу фотохімічного перетворення

2. Визначення якості зображення

Загальні відомості

Фотохімічні перетворення світлочутливих матеріалів (фоторезистів) вивчають з використанням фотолітографічних процесів. Фотолітографія - це технологічний процес, який базується на використанні фотохімічних реакцій, що виникають в фото резистивних шарах при актинічному їх опроміненні. Актинічним називається опромінювання, яке викликає незворотні зміни властивостей фото резистивного шару. Для цього використовують два типи фоторезистивних матеріалів (негативні,позитивні).

Негативні фоторезисти (ФН) під дією актинічного опромінювання полімеризуються і утворюють захисний шар, стійкий до багатьох агресивних розчинів або парів. Позитивні фоторезисти (ФП) під дією опромінювання розкладаються і легко усуваються з підкладки. А захисні властивості має неопромінений фоторезист.

Для опромінення фоторезистів використовують ультрафіолетові джерела світла. Фотохімічні реакції у фоторезистах стимулюються поглинанням кванта опромінюючою світла. Основними характеристиками світлочутливих матеріалів являються роздільна та виділяюча здатність.

Роздільна здатність фоторезисту визначається максимальною кількістю ліній однакової ширини, розділених проміжкам, рівними ширині лінії, яку можна отримати на фоторезистивному шарі на довжині 1 мм (іноді 1см).

Виділяюча здатність визначається мінімальною шириною окремої лінії, яку можна відтворити за допомогою того чи іншого фоторезисту.

Роздільну та виділяючи здатність визначають за допомогою випробувальної міри. Цією мірою можна контролювати параметри джерела світла, фотошаблонів, світлочутливих матеріалів і власне, процесу фотолітографії.

Для створення фоторезистивної захисної маски використовують фотошаблони, виготовлення яких проводиться із застосуванням фотооригиналів, які, в свою чергу, одержують з використанням спеціальних автоматизованих систем тощо.

Лабораторне обладнання, інструменти і матеріали

• фотошаблон- міра;

• освітлювальна установка;

• копіювальна рама;

• мікроскоп інструментальний МИМ-7;

• фоторезист (хімічні компоненти згідно рецепту);

• пластина фольгованого діелектрика;

• проявляючий розчин;

• сушильна шафа або вентилятор

Методика виконання роботи

Перед початком виконання лабораторної роботи студенти повинні ознайомитись з основними правилами техніки безпеки при виконанні лабораторних робіт в хімічних лабораторіях.

Перш ніж приступати до вивчення фотохімічних властивостей світлочутливих матеріалів студенти повинні ознайомитись з матеріалами та методикою проведення вимірювань на інструментальному мікроскопі.

1. Нанесення фоторезисту. Спочатку фоторезист наноситься на фольгова ний діелектрик. Перед нанесенням діелектрик очищується (обезжирюється) за допомогою крейди, соди тощо. Далі оброблюється в слабому розчині лугу, промивається водою і протирається етиловим спиртом. Нанесення рідкого фоторезисту здійснюється за допомогою пульверизатора або поливом на поверхню підкладки, плівковий фоторезист прикатується до пластини за допомогою валика або еластичного ракелю.

2. Закріплення. Нанесений шар фоторезисту висушується в шафі при температурі не вище 40 ⁰С. При цьому можна використовувати вентилятор. Фоторезисти, чутливі до денного світла, висушуються в темноті.

3. Експонування. Процес експонування проводять з використанням актинічного світла і вибраного фотошаблону. На пластину накладають фотошаблон емульсійною стороною до шару фоторезисту. Пакет переносять в копіювальну раму механічного типу. Опромінення проводять протягом різного часу, наприклад, протягом 2,4, 6, 8 і 10 хвилин.

4. Проявлення. Проявлення зображення проводять з використанням розчинів в залежності від типу фоторезисту, наприклад, в содовому розчині.

5. Сушка копії. Проводиться в сушильній шафі або з використанням вентилятора.

Фоторезист на основі желатину і біхромату калію. Перший розчин : 15 г желатину залити 60 мл кип'яченої води і залишити для набухання на 2-3 години. Після набухання желатину поставити ємність на водяну баню при температурі 30-40° C до повного розчинення желатину. Другий розчин : в 40 мл кип'яченої води розчинити 5 г двухромовокислого калію (хромпик, порошок яскраво-помаранчевого кольору). Розчиняти при слабкому розсіяному освітленні. У перший розчин при інтенсивному перемішуванні влити другий. В отриману суміш піпеткою додати кілька крапель нашатирного спирту до отримання солом'яного кольору. Фотоемульсія наноситься на підготовлену плату при дуже слабкому освітленні. Плата сушиться до «відлипу» при кімнатній температурі в повній темряві. Після експонування плату при слабкому розсіяному освітленні промити в теплій проточній воді до видалення незадубленного желатину. Щоб краще оцінити результат, можна забарвити ділянки з невидаленого желатином розчином марганцівки.

Фоторезист на основі біхроматів амонію та калію. Перший розчин: 17 г столярного клею, 3 мл водного розчину аміаку, 100 мл води залишити для набухання на добу, потім гріти на водяній бані при 80 ° C до повного розчинення. Другий розчин : 2,5 г біхромату калію, 2,5 г біхромату амонію, 3 мл водного розчину аміаку, 30 мл води , 6 мл спирту. Коли перший розчин охолоне до 50 ° C , при енергійному перемішуванні влийте в нього другий розчин і отриману суміш профільтруйте (цю та наступні операції необхідно проводити в затемненому приміщенні , сонячне світло неприпустимий!) . Емульсія наноситься при температурі 30-40 ° C. Далі - як у першому рецепті.

Фоторезист на основі біхромату амонію і полівінілового спирту. Готуємо розчин: полівініловий спирт - 70-120 г/л, біхромат амонію - 8-10 г / л , етиловий спирт - 100-120 г/л. Уникати яскравого світла! Наноситься в 2 шари : перший шар - сушіння 20-30 хвилин при 30-45 ° C - другий шар - сушіння 60 хвилин при 35-45 ° C. Проявник - 40 -відсотковий розчин етилового спирту.