Лабораторная работа № 2.

Тема: Характеристическая кривая фоторезистаФП 9120.

Цель работы: Определить по характеристической кривой физико-химические параметры светочувствительности фоторезиста ФП9120

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:

Под светочувствительностьюпонимают величину, обратную экспозиции H, приводящей к появлению необходимого рабочего эффекта.

,	где I – интенсивность облучения, Дж/(см^2·с); t – время облучения, с; H – доза энергии или величина экспозиции, Дж/см^2; – светочувствительность, см^2/Дж

Так же под чувствительностью понимают минимально необходимую энергию для фотохимического превращения вещества. Резисты с высокой чувствительностью, очувствленные светочувствительными добавками и сенсибилизаторами, имеют значение от 1 до 10 мДж/см².

Различают два аспекта и соответственно две стадии воздействия УФ-излучения на светочувствительные составляющие резиста: фотохимическую и физико-химическую светочувствительность.

Фотохимические реакции в слое фоторезиста и его фотохимическая светочувствительность определяются способностью материала поглощать световую энергию при экспонировании светом определенной длины волны λ и изменять свои оптические свойства в соответствии с основными законами фотохимии для конкретных фотореакций и их квантовым выходом Ф.

Физико-химический аспект светочувствительности характеризует способность материала воспроизводить геометрические размеры и профиль элемента в зависимости от протекающих фотохимических реакций при экспонировании и режимов проявления. Оптимальное соотношение параметров этих процессов можно определить по характеристическим кривым, снятым в координатах (d, d/d₀ – lg H), где d – толщина сшитой (для негативных резистов) или оставшейся после проявления (позитивные резисты) пленки, d₀ – исходная толщина пленки. Поскольку d позитивных резистов сильно зависит от режимов проявления, характеристическую кривую для них обычно снимают в координатах V – lg H, где V – скорость проявления, мкм/с. Кривые представлены на рисунках приведенных ниже:

а	б

По этим кривым можно определить основные параметры светочувствительности пленок.

S_пор – пороговая светочувствительность – величина, обратная экспозиции, необходимой для начала сшивания (негативные фоторезисты) или для скорости растворения (позитивные фоторезисты, точка А), которая начинает отличаться от скорости растворения необлученных участков (точка А₀). S_пор соответствует появлению пленки d = 0,03 мкмсшитого фоторезиста или растворению 0,03 мкмтолщины позитивного фоторезиста при проявлении. При S_пор визуально фиксируется момент возникновения рельефа (точка А); S_инд – величина, обратная экспозиции, необходимой для начала изменения свойств фоторезиста (d, υ_п) пропорционально lg H (точка В);

S_d или S_d = 0,9 – величина, обратная экспозиции, необходимой для максимальной скорости проявления облученных участков позитивного фоторезиста или для образования (0,9·d₀) cшитой пленки негативного фоторезиста (точка С). Величина экспозиции, соответствующая точке С, считается оптимальной для формирования устойчивого рельефа;

L – фотографическая широта – диапазон экспозиции прямолинейного участка характеристической кривой. Диапазон L – очень важная величина. По величине L определяются оптимальные условия экспонирования, в пределах L соблюдается закон взаимозаместимости, имеющий значение для пропорциональной передачи изображения, а также наблюдается минимальный уход размеров элементов; γ=tga - тангенс угла наклона прямолинейного участка характеристической кривой, определяет скорость образования сшитого слоя (а) или константу скорости проявления (б).

,

иначе γ=tgα называют контрастностью фоторезиста и определяют ее как отношение

,

здесь H_max и H_min – величины, соответствующие S_d и S_пор в рис а и рис б.

Контрастность проявления к, определяемая как

.

При этом V_min определяется путем экстраполяции (точка А₀). Контрастность проявления к можно также определить через отношение времен проявления облученных и необлученных участков.

При работе во всей области характеристической кривой отдельные ее участки можно рассматривать (на примере позитивного резиста) как:

1) вуаль – область левее А, экспонированные участки после проявления визуализируются, но не вскрываются;

2) АВ – область недодержек, где скорость проявления мала и мало меняется с увеличением дозы энергии;

3) ВС – область пропорциональной передачи изображения;

4) СД – область передержек.

Экспериментальная часть:

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

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

3. Проводили предэкспозиционную сушку при 80⁰С в течении 30 мин.

4. Проводили облучение УФ лампой в течении: 30, 45, 75, 90 и 105 сек.

5. Проявление фоторезиста проводили в растворе КОН (0,4 %).

tобл, с	tпрояв, с	V=1/tпрояв	lg tобл
		0,0044	1,477
		0,0064	1,653
		0,0125	1,875
		0,0179	1,954
		0,0185	2,021

Sпор = 1,477

Sинд = 1,653

Sd= 2,021

L = 2,021- 1,653 = 0,368

Вывод:В результате лабораторной работы была построена характеристическая кривая, по которой были определены: пороговая светочувствительность, величина начала изменения свойств фоторезиста, величина максимальной скорости проявления облученных участков фоторезиста, фотографическая широта.

Дата добавления: 2015-08-17