УДК 621.382
ТРИГУБ В.И., ПЛОТНОВ А.В., ПОТАТИНА Н.А.
ФОРМИРОВАНИЕ ПЛЕНОК РЕЗИСТОВ ПРИ
ТЕРМООБРАБОТКЕ
Нижегородский государственный технический университет, 603600, Нижний Новгород, ул.
Минина, 24, каф. ТМЭТ, тел. (fax): (8312) 360361
1. Постановка задачи.
Предэкспозиционная термообработка играет важную роль в процессе
пленкообразования резиста, предназначенного для получения изображения
методами литографии. Определение оптимальных режимов термообработки
обеспечивает получение качественных и однородных по толщине пленок, что
особенно актуально при освоении субмикронной технологии полупроводникового
производства. Длительное хранение жидкого резиста приводит к его "старению"
обусловленному процессами полимеризации. В результате чего структура резиста
становится неоднородной. Целью настоящих исследований являлось выявление
роли неоднородностей жидкого резиста в формировании структуры резистивных
пленок при их термообработке.
2. Метод решения.
В настоящей работе рассматривалась динамика пленкообразования резистов в
процессе их термообработки. Исследования проводились с позитивными
электронорезистами: полиметилметакрилатом (ПММА) и двойным сополимером на
основе метилметакрилата (ММА) и метакриловой кислоты (МАК). Срок хранения
перечисленных резистов в жидком состоянии до экспериментов составлял 8
месяцев.Резисты наносились на ситаловую подложку размером 4х6х1 мм3 методом
центрифугирования. Скорость вращения подложкодержателя 2500 об/мин.
Термообработка осуществлялась в воздушной атмосфере конвекционной термопечи,
при давлении 1 атм и температуре 1700С. Толщина пленок резиста в процессе
термообработки периодически замерялась с интервалом в 5 мин на
микроинтерферометре МИИ-4 с точностью 10 нм. В результате термообработки
резистов наблюдался эффект периодического изменения толщины пленки (рис. 1).

3. Полученные результаты.
Периодическое изменение толщины пленок в процессе их термообработки
можно объяснить тем, что при испарении растворителя из объема пленки
формируются межмолекулярные сшивки, что приводит к возникновению поля
внутренних
растягивающих
и
сжимающих
напряжений.
В
процессе
центрифугирования в результате полимеризации в приповерхностной области
резистивной пленки образуется очень тонкий более плотный слой, который
способствует появлению барьерного эффекта, препятствующего процессу диффузии
растворителя [1,2]. Разброс толщины приповерхностного слоя, обусловленный
процессами центрифугирования и термообработки, приводит к разной величине
скорости изменения толщины пленки в течение ее термообработки (рис. 1).
1,1
1
0,9
0,8
, мкм 0,7
0,6
0,5
пленки 0,4
0,3
ПММА
0,2
Толщина 0,1
ММА-МАК
0
0
5
10
15
20
25
30
Время термообработки, мин
Рис. 1
Растягивающие напряжения возникают в тонком приповерхностном
полимерном (сополимерном) слое, причем их силы могут достигать состояния
локального разрушения материала. Разрушение материала происходит при
определенных критических значениях поверхностного натяжения на границе
полимер
(сополимер)-растворитель.
Это
возможно,
когда
внутренние
растягивающие напряжения превысят прочность приповерхностной тонкой пленки
полимера (сополимера). Сжимающие напряжения возникают в толстом слое, за счет
взаимодействия макромолекул и образования межмолекулярных сшивок при
удалении растворителя. Кроме того в толстом и в тонком приповерхностном слоях
резиста образуются микрополости (или поры), возникающие вследствие

неоднородности жидкого резиста. Неоднородная структура жидкого резиста
обусловлена его полимеризацией при длительном хранении. Поры в тонком слое
значительно меньше по диаметру, чем в толстом. Последние в процессе диффузии
заполняются растворителем. В этом случае резист ведет себя как асимметричная
двухслойная мембрана [3]. Растущее число молекулярных сшивок в процессе
термообработки повышает величину сжимающих напряжений в толстом слое
пленки и растягивающих в тонком. Растягивающие напряжения в тонком слое
способствуют временному увеличению размера пор, сто способствует выбросу
растворителя из пленки. После выброса растворителя пленка принимает исходное
состояние. Последующая термообработка способствует дальнейшему росту числа
межмолекулярных сшивок, а значит и к росту напряжений в толстом слое и
увеличению растягивающих в тонком. Это также приводит к выбросу растворителя
из пленки через поры. Таким образом процесс повторяется периодически до
полного удаления растворителя. Эксперимент показал, что колебания носят
затухающий характер. Это можно связать с релаксацией внутренних напряжений. В
силу этого, проницаемость тонкого приповерхностного слоя пленки резиста носит
автоколебательный характер, схожий с проницаемостью ассиметричных мембран.
Данный процесс может быть описан системой нелинейных дифференциальных
уравнений относительно средней концентрации растворителя в приповерхностном
слое и пористости [3].
Результаты данных исследований могут быть использованы в мембранной
технологии и в процессах литографии при определении оптимальных критериев
качества жидких резистов.
1. Тригуб В.И., Болдыревский П.Б. // Письма в ЖТФ, 1999, т. 25, вып. 23. - С. 91-
94.
2. Тригуб В.И., Гольденберг Г.Л. // Изв. ВУЗов. Сер. Матер. электр. техн. 1998.
4. - С. 41-43.
3. Агеев Е.П., Вершубский А.В. // Теоретические основы химической технологии.
1987. Т. 21. 5. - С. 606-611.