Исследование процессов 3D-структурирование в электронной литографии
Диссертация - Компьютеры, программирование
Другие диссертации по предмету Компьютеры, программирование
ут разрушены из-за наличия растворителя (обычно анисоль или хлорбензол) в наносимом резисте. Поэтому необходимо разработать метод позволяющий стабилизировать уже готовый слой пузырей. Далее после нанесения на стабилизированный слой пузырей двухслойного резиста нужно осуществить сушку при температуре выше точки стеклования, что приведет к затеканию резиста через дырки в пузыри. Т.е. необходимо закрыть все дырки еще до нанесения нового двухслойного резиста.
Проблема стабилизации слоя пузырей была решена, опираясь на свойства полимерных резистов. Двухслойная система резистов состояла из ПММА 950К в качестве верхнего слоя, и ЭРП-40 (тоже ПММА, но с меньшей молекулярной массой) в качестве нижнего. Известно, что ПММА при экспонировании с дозой гораздо больше, чем его чувствительность зашивается, т.е. проявляет свойство негативного резиста. В зашитом состоянии он не поддается действию растворителя и даже не растворяется в ацетоне. Значит, для стабилизации резиста его необходимо перевести в зашитое состояние. Было установлено что доза необходимая для того, чтобы перевести ПММА в зашитое состояние составляет порядка 4500мкмКл/см2. Для того чтобы закрыть дырки в верхнем слое резиста по верх стабилизированного слоя пузырей необходимо нанести тонкий слой резиста и зашить его, пропустив процесс сушки. Сушка в основном необходима для удаления растворителя из резиста, что улучшает его литографические свойства, необходимость в которых в данном случае отсутствует. При нанесении тонкого слоя резиста на центрифуге пузыри не заливаются из-за высокой вязкости резиста. В итоге после нанесения и стабилизации тонкого слоя резиста получается стабилизированный слой пузырей без дырок в верхнем резисте. Следующий этап - это создание следующего слоя пузырей, где все выше описанные операции повторяются снова. Так послойно строится периодическая 3D-структура. На рис.31б показан скол двухслойной периодической структуры, полученный таким образом.
Далее метод был модернизирован, что позволило создавать пузыри различной формы и точнее контролировать их размеры. Модернизация заключалась в том, что экспонирование двухслойного резиста проходило в два этапа. На первом этапе экспонировалась точка с дозой, равной чувствительности верхнего резиста. На втором этапе экспонировалась фигура, которая определяла форму пузыря, с дозой, равной чувствительности нижнего резиста. Чувствительность ПММА 950К в три раза хуже, чем у ЭРП-40. При проявлении в верхнем резисте проявится только дырка, а фигура в нем почти не проявится. Действительно, по формуле (1.х) можно оценить отношение скоростей проявления верхнего и нижнего слоев резиста, проэкспонированных с дозой равной чувствительностью нижнего слоя. Тогда учитывая, что контрастность ПММА 950К порядка семи получится, что
,(5.1)
где v0 скорость проявления нижнего слоя (ЭРП-40), vupper - скорость проявления верхнего слоя, а Dlower и Dupper их чувствительности. В нижнем слое резиста через отверстие в верхнем резисте проявится фигура заданной формы.
5.2 Примеры структур
С помощью этого послойного метода были созданы 3D периодические структуры с гексагональным типом решетки с максимальным количеством слоев с пузырями 12 и периодами от 0.5 до 6 мкм. Они исследовались на наличие запрещенных зон в спектре пропускания для инфракрасного диапазона длин волн. Однако, спектры пропускания не показали особенностей, показывающих наличие запрещенной зоны. Это, по всей видимости, вызвано несовершенством структур.
Применение нового метода 3D-структурирования не ограничивается созданием трехмерных периодических структур. Благодаря возможности создания полостей различной формы в нижнем слое резиста с его помощью можно создавать структуры для микрофлюидики. Еще одна полезная структура созданная с помощью нового метода и представляет собой элемент конфокального коллиматора. Такой коллиматор используется при конфокальной рентгено-флуоресцентной томографии. Сфокусированный рентгеновский луч облучает маленький объем образца, что вызывает флуоресценцию облучаемого микрообъема. Затем флуоресцентное излучение собирается конфокальным коллиматором и попадает на энерго-дисперсионный детектор. Наибольшее количество излучения собирается тогда, когда фокус коллиматора совпадает с облучаемым микрообъемом. Элемент коллиматора, изображенный на рис.33б, состоит из полостей длиной в миллиметр, а шириной 2мкм в нижнем слое резиста. Если мысленно продолжить эти полости дальше, то они пересекутся в одной точке. Для получения полости точки, через которые вымывался резист из нижнего слоя, создавались через каждые 10мкм.
5.3 Фотонные структуры на основе резиста с центрами люминесценции
На основе резиста можно делать не только оптически пассивные, как предложено в первой части, но и оптически активные структуры.
Достижению этих целей должно способствовать добавление в резист центров фотолюминесценции, например, красителя родамин 6G.
Такая композиция из резиста и центров люминесценции не теряет литографических свойств. Соответственно с помощью электронной литографии можно создавать различные, в том числе периодические структуры. Это значит что, такой материал можно использовать в создании 3D фотонных структур, методом, предложенным в первой части главы.
Особый интерес вызывают фотонные структуры, обладающие полной запрещенной зоной. Основными параметрами опр