Νέα υλικά και διεργασίες για μικρολιθογραφία υψηλής διακριτικής ικανότητας
Authors: Βασιλοπούλου Μαρία 
Published: August 2021

Αναπτύχθηκαν νέα υλικά και διεργασίες μικρολιθογραφίας στα πλαίσια της ευρύτερης ερευνητικής δραστηριότητας για διερεύνηση και αξιολόγηση νέων πολυμερικών υλικών για λιθογραφία υψηλής διακριτικής ικανότητας, με στόχο τη σμίκρυνση των διαστάσεων των Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων. Η κατεύθυνση που ακολουθήθηκε περιελάμβανε τη διερεύνηση πολυμερών με ελαφρά τροποποιημένη δομή σε σχέση με πολυμερή που ήδη χρησιμοποιούνται και τη διαφοροποίηση της σύστασης σύνθετων πολυμερικών υλικών με χρήση κατάλληλων οργανικών προσθέτων ή/και μιγμάτων πολυμερών, με στόχο σε κάθε περίπτωση τη βελτίωση των λιθογραφικών χαρακτηριστικών. Τα υλικά που προτάθηκαν και αξιολογήθηκαν στη διατριβή αυτή ανήκουν στις δύο κυριότερες κατηγορίες πολυμερικών υλικών που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές μικρολιθογραφίας, δηλαδή στα ακρυλικά και φαινολικά πολυμερικά υλικά. Και στις δύο περιπτώσεις διερευνήθηκε η δυνατότητα βελτίωσης των λιθογραφικών χαρακτηριστικών μέσω εισαγωγής υδρόφιλων υδροξυλικών ομάδων στο πολυμερικό υλικό. Στην περίπτωση των ακρυλικών πολυμερών διερευνήθηκε η χρήση ομοπολυμερών από την τάξη των υδροξυαλκυλεστέρων, τα οποία βρέθηκε ότι δίνουν θετική τόνου λιθογραφική συμπεριφορά κατά την έκθεσή τους τόσο με φως στα 193nm και 248nm, όσο και με δέσμη ηλεκτρονίων. Τα υλικά αυτά παρουσιάζουν περίπου 10 φορές μεγαλύτερη ευαισθησία από υλικά πολυ(μεθακρυλικού μεθυλεστέρα) και μάλιστα με το πλεονέκτημα της εμφάνισης σε υδατικά διαλύματα βάσης. Διερευνήθηκε η χημεία αλλαγής διαλυτότητας των υλικών και βρέθηκε ότι οφείλεται σε φωτοχημικά εκπονούμενο σπάσιμο δεσμών της κύριας αλυσίδας. Στη συνέχεια βρέθηκε ότι η προσθήκη φωτοπαραγωγού οξέος στα παραπάνω υλικά δίνει αρνητικού τόνου χημικά ενισχυμένη ρητίνη μεγάλης ευαισθησίας, της οποίας οι εμφανιστές είναι είτε οργανικοί είτε μικτοί (νερό | οργανικός διαλύτης). Η αλλαγή διαλυτότητας του υλικού μέσω σχηματισμού διασταυρώσεων πλέγματος βρέθηκε ότι οφείλεται κυρίως σε αντίδραση μετεστεροποίησης, που πιθανώς συνοδεύεται και από αιθεροποίηση. Η διακριτική ικανότητα όλων των υλικών με βάση τα υδροξυ-υποκατεστημένα ακρυλικά πολυμερή βρέθηκε ότι περιορίζεται από προβλήματα διόγκωσης στα διαλύματα των εμφανιστών του. Ωστόσο τα ομοπολυμερή θετικού τόνου κρίνονται κατάλληλα για κατασκευή μασκών και εφαρμογές μικρό μηχανικής, ενώ τα αποτελέσματα της παρούσης εργασίας για τη δυνατότητα σχηματισμού σταυροδεσμών μέσω της υδροξυαλκυλικής ομάδας αποτέλεσαν βάση για μεταγενέστερη εργασία, όπου το αντίστοιχο ακρυλικό μονομερές (ΗΕΜΑ) χρησιμοποιήθηκε στη σύνθεση συμπολυμερών, τα οποία δίνουν ρητίνες αρνητικού τόνου μεγάλης διακριτικής ικανότητας. Σημαντικό μέρος της παρούσης εργασίας αναφέρεται στη διερεύνηση της δυνατότητας ενίσχυσης της αντίστασης των ακρυλικών πολυμερών στην εγχάραξη με πλάσμα μέσω χρήσης κατάλληλων προσθέτων. Διερευνήθηκαν καταρχήν χημικές ενώσεις, εμπορικά παράγωγα του ανθρακενίου και του αδαμαντανίου και στη συνέχεια νέες ενώσεις, που συντέθηκαν ειδικά για το σκοπό αυτό στα πλαίσια συνεργασίας με την ομάδα οργανικής σύνθεσης του Ινστιτούτου Φυσικοχημείας του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος». Βρέθηκε ότι μικτά παράγωγα ανθρακενίου-αδαμαντανίου προσφέρουν σημαντική ενίσχυση της αντίστασης στο πλάσμα, με ταυτόχρονη διατήρηση των επιθυμητών φυσικοχημικών και λιθογραφικών χαρακτηριστικών των φωτοπολυμερικών συστημάτων. Στην περίπτωση των φαινολικών πολυμερών διερευνήθηκε η δυνατότητα τροποποίησης της πολυμερικής σύστασης σε υλικά εποξειδικής βάσης που συμπεριφέρονται ως αρνητικού τόνου μηχανισμού χημικής ενίσχυσης μέσω προσθήκης υδρόφιλων πολυμερών, παραγώγων του πολυ(παρα υδροξυστυρενίου), στη σύστασή τους. Βρέθηκε ότι η προσθήκη πολυ(παρα υδροξυστυρενίου) με κατάλληλο βαθμό υδρογόνωσης στο εποξειδικό πολυμερές επιτρέπει το σχεδίασμά ρητίνης αρνητικού τόνου υψηλής ευαισθησίας και αντίθεσης με δυνατότητα εμφάνισης σε υδατικό διάλυμα βάσης, κατάλληλης για λιθογραφία δέσμης ηλεκτρονίων, ακτινών X και βαθέος υπεριώδους και χωρίς τα προβλήματα της τραχύτητας των υπομικρονικών δομών, που εμφανίζονται στην περίπτωση υλικών εποξειδικής βάσης. Σε υμένια της παραπάνω ρητίνης εφαρμόστηκε το θεωρητικό μοντέλο των Forouhi-Bloomer και μετρήθηκαν παράμετροι όπως το πάχος και ο δείκτης διάθλασης των υμενίων με χρήση αποκλειστικά μετρήσεων διαπερατότητας.