Ανάπτυξη πρότυπων σιλοξανικών και σιλεναμισοξανικών πολυμερικών υλικών για λιθογραφία υψηλής διακριτικής ικανότητας
Authors: Μπέλλας Βασίλειος 
Published: January 2014

Στην εργασία αυτή, εξετάζεται η λιθογραφική συμπεριφορά πρότυπων υλικών μηχανισμού χημικής ενίσχυσης , βασισμένων σε σιλοξανικά και σιλεναμισοξανικά πολυμερή. Ιδιαίτερη έμφαση δίδεται στη συμπεριφορά των υλικών στα 157 nm, εξαιτίας της επικείμενης εισαγωγής αντίστοιχων συστημάτων έκθεσης σε βιομηχανική κλίμακα. Αρχικά συντέθηκαν και μελετήθηκαν κατά συστάδες συμπολυμερή πολυ(διμεθυλοσιλοξάνη-b-μεθακρυλικός τριτοταγής βουτυλεστέρας) (PDMS-b-PTBMA) διαφορετικής σύστασης (30, 50, 70 και 90% κ.β. σε PDMS). Η ύπαρξη δύο σημείων υαλώδους μετάπτωσης δηλώνει την παρουσία μικροφασικού διαχωρισμού και επηρεάζει αρνητικά τη λιθογραφική απόδοση των υλικών αυτών. Στα 248 nm επικρατεί απεικόνιση θετικού-τόνου κατόπιν εμφάνισης σε υδατικό διάλυμα βάσης, ενώ τόσο στα 157 nm όσο και στη δέσμη ηλεκτρονίων κυριαρχεί η αρνητικού-τόνου χημεία. Στα πειράματα έκθεσης με δέσμη ηλεκτρονίων είναι εφικτή υδατική εμφάνιση για αρνητικού-τόνου απεικόνιση, εφόσον ακολουθήσει ακτινοβόληση του δείγματος στα 248 nm. Τα διμεθυλοσιλοξανικά τμήματα παρότι υδρόφοβα, είναι διαπερατά από τα μόρια του εμφανιστή, με αποτέλεσμα να περιορίζεται η διακριτική ικανότητα . Καλύτερα αποτελέσματα λαμβάνονται με οργανική εμφάνιση, οπότε και περιορίζεται η διόγκωση των δομών. Οι δομές που προκύπτουν δεν διαθέτουν κατακόρυφα προφίλ και η διακριτική ικανότητα είναι χαμηλή. Συνεπώς ως υλικά αρνητικού-τόνου με οργανική εμφάνιση τα συμπολυμερή PDMS-b-PTBMA υστερούν έναντι του καθαρού PDMS. Επιπλέον, συντέθηκαν και αξιολογήθηκαν λιθογραφικά εμβολιασμένα συμπολυμερή PΤΒΜΑ-g-PDMS με σιλοξανικούς κλάδους μικρού μοριακού βάρους, προκειμένου να περιοριστούν φαινόμενα εμπλουτισμού της ελεύθερης επιφάνειας. Λόγω της απουσίας μικροφασικού διαχωρισμού η αντίθεση συγκριτικά με τα κατά συστάδες συμπολυμερή είναι χαμηλότερη. Η ποιότητα των υμενίων δεν βελτιώθηκε σημαντικά, όπως επίσης δεν επιτεύχθηκαν ελεγχόμενες συνθήκες υδατικής εμφάνισης. Παράλληλα, στα 157 nm και στη δέσμη ηλεκτρονίων η απεικόνιση αρνητικού-τόνου εξακολουθεί να κυριαρχεί. Προς αντιμετώπιση των παραπάνω προβλημάτων παρασκευάσθηκαν μεθακρυλικά συμπολυμερή τα οποία διέθεταν πλευρικές ομάδες πολυεδρικών ολιγομερικών σιλεναμισοξανών (POSS). Η επιλογή των αλκυλικών υποκαταστατών του σιλαναμισοξανικού κλωβού είναι κρίσιμη. Οι αιθυλικοί υποκαταστάτες πλεονεκτούν έναντι των κυκλοπεντυλικών, αφού το αντίστοιχο μεθακρυλικό ομοπολυμερές διαθέτει μικρότερη απορρόφηση στα 157 nm, είναι λιγότερο υδρόφοβο και η επιφάνειά του μετά την εγχάραξη με πλάσμα οξυγόνου χαρακτηρίζεται από μικρότερη τραχύτητα. Τα συμπολυμερή που επέδειξαν την καλύτερη λιθογραφική συμπεριφορά εκτός από τους σιλεναμισοξανικούς κλωβούς περιέχουν μεθακρυλικό τριτοταγή βουτυλεστέρα (ΤΒΜΑ), μεθακρυλικό οξύ (ΜΑ) και ιτακονικό ανυδρίτη (ΙΑ). Το ΤΒΜΑ είναι το συστατικό που αποπροστατεύεται παρουσία του φωτοχημικά παραγόμενου οξέος , ενώ τα ΜΑ και ΙΑ είναι συστατικά που προάγουν τη διάλυση του υλικού κατά την υδατική εμφάνιση. Επιπλέον το ΜΑ βελτιώνει την πρόσφυση των υλικών με το υπόστρωμα. Η παρουσία των ομάδων POSS προσδίδει στα συμπολυμερή αντίσταση κατά την κατεργασία με πλάσμα οξυγόνου και αυξάνει την διαπερατοτητά τους στα 157 nm. Περιεκτικότητα 25-30% κ.β. σε POSS εξασφαλίζει επαρκή αντίσταση στο πλάσμα οξυγόνου, καθιστώντας τα υλικά κατάλληλα για διστρωματική λιθογραφία. Με φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίου ακτίνων-Χ βρέθηκε ότι όλα τα δείγματα παρουσιάζουν εμπλουτισμό της ελεύθερης διεπιφάνειας σε σιλεναμισοξανικούς κλωβούς, με αποτέλεσμα ο ρυθμός εγχάραξης να είναι ελαφρώς μικρότερος του αναμενομένου. .................