RU2738112C1 - Use of polysaccharide compound in lithography - Google Patents
Use of polysaccharide compound in lithography Download PDFInfo
- Publication number
- RU2738112C1 RU2738112C1 RU2019136760A RU2019136760A RU2738112C1 RU 2738112 C1 RU2738112 C1 RU 2738112C1 RU 2019136760 A RU2019136760 A RU 2019136760A RU 2019136760 A RU2019136760 A RU 2019136760A RU 2738112 C1 RU2738112 C1 RU 2738112C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- film
- solution
- substrate
- salt
- transition element
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
- G03F7/30—Imagewise removal using liquid means
- G03F7/32—Liquid compositions therefor, e.g. developers
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/004—Photosensitive materials
- G03F7/039—Macromolecular compounds which are photodegradable, e.g. positive electron resists
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
- G03F7/2051—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source
- G03F7/2059—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source using a scanning corpuscular radiation beam, e.g. an electron beam
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
- G03F7/40—Treatment after imagewise removal, e.g. baking
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/004—Photosensitive materials
- G03F7/016—Diazonium salts or compounds
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
- Printing Plates And Materials Therefor (AREA)
- Materials For Photolithography (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnology area
Изобретение относится к области микро- и нанотехнологии, в частности к применению соединений полисахаридов в литографии для изготовления микро- и нано- электронных и оптических компонентов.The invention relates to the field of micro- and nanotechnology, in particular to the use of compounds of polysaccharides in lithography for the manufacture of micro- and nano-electronic and optical components.
Уровень техникиState of the art
В настоящее время для получения микро- и наноструктур широко используют метод литографии. Литография в микро- и наноэлектронике представляет собой метод формирования структуры на подложке, который включает нанесение материала резиста на подложку, воздействие на нанесенный резист электромагнитным излучением или потоком электронов (экспонирование) и последующее проявление экспонированных участков резиста в специальном растворе.At present, lithography is widely used to obtain micro- and nanostructures. Lithography in micro- and nanoelectronics is a method of forming a structure on a substrate, which includes applying a resist material to a substrate, exposing the applied resist to electromagnetic radiation or an electron flow (exposure), and then developing the exposed areas of the resist in a special solution.
В качестве резистов для фотолитографии и электронно-лучевой литографии часто используют резисты на основе полиметилметакрилата (ПММА) и его производных, эпоксидных и других смол, органических полимеров и азидов, каучука, полибутена и др. Данные методы характеризуются высоким разрешением и позволяют получать структуры малых размеров.Resists based on polymethyl methacrylate (PMMA) and its derivatives, epoxy and other resins, organic polymers and azides, rubber, polybutene, etc. are often used as resists for photolithography and electron-beam lithography. These methods are characterized by high resolution and allow one to obtain structures of small dimensions ...
Однако указанные методы литографии с применением традиционных резистов включают стадии нагрева и применение материалов и жидкостей (в частности, для проявления резиста и его удаления), которые относятся к органическим растворителям, концентрированным растворам кислот и щелочей, и, соответственно, не позволяют получать компоненты на базе чувствительных объектов, в частности таких, как органические полимеры, биологические структуры, например, нанопровода на основе белков, ДНК, искусственные пептидные системы, органические сверхпроводники и полупроводники, которые не способны выдерживать все или некоторые из стадий обработки и сохранять свою исходную структуру.However, these methods of lithography using traditional resists include the stages of heating and the use of materials and liquids (in particular, for the development of the resist and its removal), which relate to organic solvents, concentrated solutions of acids and alkalis, and, accordingly, do not allow to obtain components based on sensitive objects, in particular such as organic polymers, biological structures, for example, protein-based nanowires, DNA, artificial peptide systems, organic superconductors and semiconductors, which are not able to withstand some or all of the processing stages and retain their original structure.
Описаны способы литографии с применением в качестве резистов материалов биологического происхождения, а в качестве проявителя - воды.Described are methods of lithography using materials of biological origin as resists, and water as a developer.
Известен способ электронно-лучевой литографии с применением пленки из белка шелка (фиброина) в качестве резиста (Kim S. et al. “All-water-based electron-beam lithography using silk as a resist”, Nature Nanotechnology, volume 9, pages 306-310 (2014)), а в качестве проявителя - воды. Водные растворы фиброина механически нестабильны, поэтому с ними довольно сложно работать, а в процессе проявления резист не удаляется полностью из экспонированных областей. Помимо этого, для удаления неэкспонированного резиста приходится использовать плазму, ионные жидкости или концентрированные растворы кислот.The known method of electron beam lithography using a film of silk protein (fibroin) as a resist (Kim S. et al. "All-water-based electron-beam lithography using silk as a resist", Nature Nanotechnology,
В документе WO2016162638 A1 описано применение хитозана и/или альгинатов в качестве резистов для литографии. Хитозан наносили на подложку из водного раствора кислоты, сушили для удаления воды, экспонировали, проявляли экспонированные области водным раствором кислоты (уксусной, лимонной или винной), при этом неэкспонированные области удаляли с помощью кислородной плазмы или раствора концентрированной серной кислоты с перекисью водорода.Document WO2016162638 A1 describes the use of chitosan and / or alginates as resists for lithography. Chitosan was applied to a support from an aqueous acid solution, dried to remove water, exposed, the exposed areas were developed with an aqueous solution of an acid (acetic, citric, or tartaric), while unexposed areas were removed using oxygen plasma or a solution of concentrated sulfuric acid with hydrogen peroxide.
В публикации M. Caillau et al. “Fifty nanometer lines patterned into silica using water developable chitosan bioresist and electron beam lithography”, Journal of Vacuum Science & Technology B, 35, 06GE01 (2017) описано применение хитозана в качестве позитивного резиста для электронно-лучевой литографии. Пленку резиста получали из хитозана, растворенного в водном растворе уксусной кислоты, и сушили (при температуре 100 °С в течение 1 мин). Экспонированные области проявляли водой, а удаление неэкспонированной пленки резиста проводили с помощью кислородной плазмы.M. Caillau et al. “Fifty nanometer lines patterned into silica using water developable chitosan bioresist and electron beam lithography”, Journal of Vacuum Science & Technology B, 35, 06GE01 (2017) describes the use of chitosan as a positive resist for electron beam lithography. A resist film was prepared from chitosan dissolved in an aqueous solution of acetic acid and dried (at a temperature of 100 ° C for 1 min). The exposed areas were developed with water, and the removal of the unexposed resist film was performed using oxygen plasma.
В публикации S. Voznesenskiy et al. "Study of Biopolymer Chitosan as Resist for Submicron Electronic Lithography", Solid State Phenomena, Vol. 213 (2014), pp. 180-185, также описано применение хитозана в электронно-лучевой литографии. Хитозан растворяли в 2,5% растворе уксусной кислоты и формировали пленку из полученного раствора, которую впоследствии обрабатывали 3% раствором аммиака в течение 10 минут для нейтрализации пленки и промывали водой. Экспонированные области пленки хитозана проявляли с помощью воды, при этом наблюдали не полное очищение экспонированных областей от материала резиста. В случае необходимости удаления неэкспонированной пленки резиста с подложки были необходимы либо агрессивные растворители, такие как концентрированные кислоты, либо кислородная плазма.S. Voznesenskiy et al. "Study of Biopolymer Chitosan as Resist for Submicron Electronic Lithography", Solid State Phenomena, Vol. 213 (2014), pp. 180-185, also describes the use of chitosan in electron beam lithography. Chitosan was dissolved in 2.5% acetic acid solution and a film was formed from the resulting solution, which was subsequently treated with 3% ammonia solution for 10 minutes to neutralize the film and washed with water. The exposed areas of the chitosan film were developed using water, while incomplete clearing of the exposed areas from the resist material was observed. If it was necessary to remove the unexposed resist film from the substrate, either aggressive solvents such as concentrated acids or oxygen plasma were required.
Существующие методики на основе водорастворимых резистов слабо применимы для изготовления микро- и нано- электронных и оптических компонентов на базе чувствительных органических объектов, поскольку используют несовместимые растворители (например, концентрированные растворы кислот) или плазму. Кроме того, неполное удаление резиста после проявления затрудняет (например, жидкостное травление) или делает невозможным (например, взрывная литография) дальнейшие технологические этапы получения структур.Existing techniques based on water-soluble resists are poorly applicable for the manufacture of micro- and nanoelectronic and optical components based on sensitive organic objects, since they use incompatible solvents (for example, concentrated acid solutions) or plasma. In addition, the incomplete removal of the resist after development makes it difficult (for example, liquid etching) or makes it impossible (for example, explosive lithography) further technological stages of obtaining structures.
Таким образом, существует необходимость в разработке способов получения микро- и нано- электронных и оптических компонентов, подходящих для получения микро- и нано- электронных и оптических компонентов на базе чувствительных материалов, в частности, на поверхности биологических или органических объектов.Thus, there is a need to develop methods for producing micro- and nano-electronic and optical components suitable for obtaining micro- and nano-electronic and optical components based on sensitive materials, in particular, on the surface of biological or organic objects.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Одной из задач настоящего изобретения является обеспечение способа получения микро- и/или нано- электронных и/или оптических компонентов, который бы позволил устранить по меньшей мере часть недостатков известных способов получения микро- и нано- электронных и оптических компонентов или предложить полезную альтернативу существующим способам.One of the objectives of the present invention is to provide a method for producing micro- and / or nano-electronic and / or optical components, which would eliminate at least some of the disadvantages of known methods for producing micro- and nano-electronic and optical components, or to offer a useful alternative to existing methods ...
В частности, одной из задач настоящего изобретения является обеспечение способа получения микро- или нано- электронных или оптических компонентов, который бы подходил для использования на подложках, чувствительных к агрессивным воздействиям, например, для использования на подложках, представляющих собой биологические объекты.In particular, one of the objects of the present invention is to provide a method for producing micro- or nano-electronic or optical components that would be suitable for use on substrates sensitive to aggressive influences, for example, for use on substrates that are biological objects.
Одной частной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа проявления экспонированных областей резиста, нанесенного на подложку, в частности, в процессе получения микро- и нано- электронных и оптических компонентов.One particular object of the present invention is to provide a method for developing exposed areas of a resist deposited on a substrate, in particular during the production of micro- and nano-electronic and optical components.
Другой частной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа формирования микро- или нано- электронных или оптических компонентов.Another particular object of the present invention is to provide a method for forming micro- or nano-electronic or optical components.
Ниже будут описаны варианты реализации настоящего изобретения с указанием достигаемых технических результатов. Также после ознакомления с настоящим описанием специалисту будут понятны и другие достигаемые технические результаты, и решаемые задачи.Below will be described embodiments of the present invention, indicating the achieved technical results. Also, after reading this description, the specialist will understand other achieved technical results and problems to be solved.
В первом аспекте настоящее изобретение относится к способу проявления экспонированных областей пленки соединения полисахарида, нанесенной на подложку, включающему приведение пленки соединения полисахарида в контакт с раствором, содержащим по меньшей мере один переходный элемент.In a first aspect, the present invention relates to a method for developing exposed regions of a polysaccharide compound film applied to a substrate, comprising contacting the polysaccharide compound film with a solution containing at least one transition element.
Одним из технических результатов, достигаемых в настоящем изобретении, является повышение степени удаления материала резиста из экспонированных областей относительно степени удаления резиста из неэкспонированных областей, т.е. повышение селективности удаления резиста из экспонированных областей относительно неэкспонированных областей, в сравнении с известными техническими решениями, использующими воднопроявляемые и иные резисты с высокой совместимостью с органическими или биологическими объектами. В частности, предлагаемый способ позволяет обеспечить полное удаление резиста из экспонированных областей при минимальном растворении резиста в неэкспонированных областях.One of the technical results achieved by the present invention is to increase the removal rate of resist material from exposed areas relative to the removal rate of resist from unexposed areas, i.e. increasing the selectivity of removing the resist from exposed areas relative to unexposed areas, in comparison with known technical solutions using water and other resists with high compatibility with organic or biological objects. In particular, the proposed method allows for complete removal of the resist from the exposed areas with minimal dissolution of the resist in the unexposed areas.
Повышение селективности удаления резиста из экспонированных областей относительно неэкспонированных областей увеличивает контраст процесса, а, следовательно, улучшает степень соответствия получаемой структуры на поверхности подложки экспонированному изображению.Increasing the selectivity of removing the resist from the exposed areas relative to the unexposed areas increases the contrast of the process and, therefore, improves the degree of correspondence of the resulting structure on the substrate surface to the exposed image.
Предлагаемый способ является быстрым, простым, совместимым с чувствительными подложками, на которые оказывают отрицательное воздействие такие факторы как нагрев, действие концентрированных растворов кислот и щелочей, органических растворителей и плазмы. Также предлагаемый способ уменьшает отрицательное воздействие на окружающую среду. В частности, резист, подходящий для использования в настоящем изобретении, можно получать из отходов пищевого производства (например, выращивания креветок). При этом отрицательное воздействие на среду уменьшается за счет того, что продукты обработки имеют безопасный путь утилизации.The proposed method is fast, simple, compatible with sensitive substrates, which are adversely affected by such factors as heating, the action of concentrated solutions of acids and alkalis, organic solvents and plasma. Also, the proposed method reduces the negative impact on the environment. In particular, a resist suitable for use in the present invention can be obtained from food waste (eg, shrimp farming). At the same time, the negative impact on the environment is reduced due to the fact that the processed products have a safe disposal route.
Кроме того, предлагаемый способ обеспечивает возможность осуществления взрывной (обратной) литографии, а также прямого изготовления микроконтактов и хорошую адгезию металлов в проявленных областях.In addition, the proposed method provides the possibility of explosive (reverse) lithography, as well as direct manufacture of microcontacts and good adhesion of metals in the developed areas.
В одном из частных вариантов реализации экспонированные области представляют собой области пленки, облученные потоком элементарных частиц, предпочтительно потоком электронов, и/или электромагнитным излучением, предпочтительно глубоким УФ излучением, экстремальным УФ излучением, гамма-излучением или рентгеновским излучением.In one particular embodiment, the exposed areas are areas of the film irradiated with a stream of elementary particles, preferably an electron stream, and / or electromagnetic radiation, preferably deep UV radiation, extreme UV radiation, gamma radiation or X-rays.
В другом частном варианте реализации пленка соединения полисахарида, нанесенная на подложку, имеет толщину от 20 до 190 нм, предпочтительно от 50 до 160 нм, более предпочтительно от 90 до 150 нм. При толщине пленки в указанных диапазонах обеспечивается дополнительное повышение контраста, что приводит к повышению степени соответствия получаемых структур на подложке экспонированному изображению.In another particular embodiment, the polysaccharide compound film applied to the substrate has a thickness of 20 to 190 nm, preferably 50 to 160 nm, more preferably 90 to 150 nm. With a film thickness in the indicated ranges, an additional increase in contrast is provided, which leads to an increase in the degree of correspondence of the resulting structures on the substrate to the exposed image.
В другом частном варианте реализации соединение полисахарида представляет собой полисахарид или его аминопроизводное, нитропроизводное, сульфопроизводное, галогенопроизводное, производное фосфорной кислоты, простой эфир, сложный эфир или соль.In another particular embodiment, the polysaccharide compound is a polysaccharide or its amino derivative, nitro derivative, sulfo derivative, halogen derivative, phosphoric acid derivative, ether, ester or salt.
В другом частном варианте реализации соединение полисахарида представляет собой сополимер, который вместе с сахаридными мономерными звеньями также содержит мономерные звенья, не являющиеся сахаридами.In another particular embodiment, the polysaccharide compound is a copolymer which, together with saccharide monomer units, also contains non-saccharide monomer units.
В другом более частном варианте реализации соединение полисахарида представляет собой соединение хитозана, соединение целлюлозы, в частности, их соли или иное производное, в частности хитозан, целлюлозу, пчелозан.In another more particular embodiment, the polysaccharide compound is a chitosan compound, a cellulose compound, in particular their salts or another derivative, in particular chitosan, cellulose, beelosan.
В другом более частном варианте реализации соль представляет собой соль одноосновной, двухосновной, трехосновной или четырехосновной кислоты.In another more specific embodiment, the salt is a salt of a monobasic, dibasic, tribasic, or tetrabasic acid.
В другом более частном варианте реализации соль представляет собой соль органической кислоты, в частности соль карбоновой кислоты, в частности соль муравьиной, уксусной или пропионовой кислоты или их смеси.In another more particular embodiment, the salt is an organic acid salt, in particular a carboxylic acid salt, in particular a salt of formic, acetic or propionic acid, or mixtures thereof.
В другом более частном варианте реализации соль хитозана или иное производное хитозана выбраны из группы, включающей ацетат, формиат, лактат, гликолят, сукцинат, хлорид, цитрат хитозана, фталоилхитозан, карбоксиметилхитозан, сукцинилхитозан.In another more specific embodiment, the chitosan salt or other chitosan derivative is selected from the group consisting of acetate, formate, lactate, glycolate, succinate, chloride, chitosan citrate, phthaloylchitosan, carboxymethylchitosan, succinylchitosan.
В другом частном варианте реализации переходный элемент представляет собой d-элемент или f-элемент.In another particular embodiment, the transition element is a d-element or f-element.
В другом частном варианте реализации переходный элемент представляет собой переходный элемент четвертого периода, переходный элемент пятого периода, переходный элемент шестого периода или переходный элемент седьмого периода.In another particular embodiment, the transition element is a fourth period transition element, a fifth period transition element, a sixth period transition element, or a seventh period transition element.
В другом частном варианте реализации переходный элемент выбран из группы, включающей цинк, никель, медь, кобальт, железо.In another particular embodiment, the transition element is selected from the group consisting of zinc, nickel, copper, cobalt, iron.
Раствор, содержащий по меньшей мере один переходный элемент, может содержать смесь двух или более различных переходных элементов.A solution containing at least one transition element may contain a mixture of two or more different transition elements.
В другом частном варианте реализации раствор, содержащий по меньшей мере один переходный элемент, представляет собой раствор в протонном растворителе, в частности в воде, или в смеси растворителей, содержащей один или более протонный растворитель. Растворитель может представлять собой неорганический растворитель, органический растворитель или их смесь. Возможно также использование полярного апротонного растворителя возможно в смеси с другими растворителями.In another particular embodiment, the solution containing at least one transition element is a solution in a protic solvent, in particular in water, or in a mixture of solvents containing one or more protic solvents. The solvent can be an inorganic solvent, an organic solvent, or a mixture thereof. It is also possible to use a polar aprotic solvent, possibly in a mixture with other solvents.
В другом более частном варианте реализации раствор, содержащий по меньшей мере один переходный элемент, представляет собой раствор в полярном апротонном растворителе или в смеси растворителей, содержащей полярный апротонный растворитель.In another more specific embodiment, the solution containing at least one transition element is a solution in a polar aprotic solvent or in a mixture of solvents containing a polar aprotic solvent.
Растворитель для приготовления раствора, содержащего по меньшей мере один переходный элемент, также должен растворять соединение полисахарида, в частности он должен его растворять после экспонирования пленки соединения полисахарида.The solvent for preparing a solution containing at least one transition element must also dissolve the polysaccharide compound, in particular, it must dissolve it after exposure to the polysaccharide compound film.
В другом частном варианте реализации раствор, содержащий по меньшей мере один переходный элемент, представляет собой раствор соли по меньшей мере одного переходного элемента.In another particular embodiment, the solution containing at least one transition element is a salt solution of at least one transition element.
В другом частном варианте реализации соль по меньшей мере одного переходного элемента выбрана из группы, включающей соль неорганической кислоты и соль органической кислоты. Неограничивающими примерами соли неорганической кислоты являются хлорид, нитрат, сульфат. Неограничивающими примерами соли органической кислоты являются формиат, ацетат. Возможно использовать также смеси двух и более различных солей, а также смешанные соли, такие как соль Мора (сульфат аммония-железа(II)).In another particular embodiment, the salt of at least one transition element is selected from the group consisting of an inorganic acid salt and an organic acid salt. Non-limiting examples of an inorganic acid salt are chloride, nitrate, sulfate. Non-limiting examples of an organic acid salt are formate, acetate. It is also possible to use mixtures of two or more different salts as well as mixed salts such as Mohr's salt (ammonium-iron (II) sulfate).
В другом более частном варианте реализации соль по меньшей мере одного переходного элемента выбрана из группы, включающей хлорид, нитрат, сульфат, формиат, ацетат, соль Мора (сульфат аммония-железа(II)).In another more specific embodiment, the salt of at least one transition element is selected from the group consisting of chloride, nitrate, sulfate, formate, acetate, Mohr's salt (ammonium-iron (II) sulfate).
В другом частном варианте реализации концентрация по меньшей мере одного переходного элемента в растворе составляет по меньшей мере 1 мМ, предпочтительно по меньшей мере 20 мМ, более предпочтительно по меньшей мере 60 мМ, еще более предпочтительно по меньшей мере 200 мМ. Повышение концентрации переходного элемента дополнительно повышает селективность удаления резиста из экспонированных областей относительно неэкспонированных областей и контраст процесса. При этом максимальная концентрация переходного элемента не имеет определенных ограничений и может выбираться, например, на основании растворимости или соотношения затрат и достигаемого эффекта. Неограничивающими примерами максимальной концентрации являются 400 мМ, 1М, 5М.In another particular embodiment, the concentration of at least one transition element in solution is at least 1 mM, preferably at least 20 mM, more preferably at least 60 mM, even more preferably at least 200 mM. Increasing the concentration of the transition element additionally increases the selectivity of removing the resist from the exposed areas relative to the unexposed areas and the process contrast. In this case, the maximum concentration of the transition element is not particularly limited and can be selected, for example, on the basis of solubility or the ratio of costs and the achieved effect. Non-limiting examples of maximum concentration are 400 mM, 1M, 5M.
В другом частном варианте реализации раствор, содержащий по меньшей мере один переходный элемент, имеет рН от 4 до 7,5, предпочтительно примерно 5,5. Повышение рН дополнительно повышает селективность удаления резиста из экспонированных областей относительно неэкспонированных областей, но при этом снижает скорость растворения экспонированного резиста, которая наоборот повышается при понижении pH. Таким образом, возможно подобрать значение pH в зависимости от требуемых селективности и скорости растворения экспонированного резиста. Диапазон рН от 5 до 6,5 представляет собой частный предпочтительный вариант реализации, при котором одновременно достигаются высокие значения селективности и скорости растворения. Следует отметить, что скорость растворения экспонированного резиста при высоких значениях рН можно повысить, увеличив дозу облучения при экспонировании. Таким образом, приемлемое значение рН может быть и больше 6,5, например, до 7,5 или до 9. Также в зависимости от дозы облучения приемлемые значения селективности можно получить и при рН более низких чем 5, например от 4 или от 4,5.In another particular embodiment, the solution containing at least one transition element has a pH of 4 to 7.5, preferably about 5.5. Increasing the pH further increases the selectivity of removing the resist from the exposed areas relative to the unexposed areas, but at the same time reduces the dissolution rate of the exposed resist, which, on the contrary, increases with decreasing pH. Thus, it is possible to adjust the pH value depending on the desired selectivity and dissolution rate of the exposed resist. The pH range from 5 to 6.5 is a particular preferred embodiment that simultaneously achieves high selectivity and dissolution rates. It should be noted that the dissolution rate of the exposed resist at high pH values can be increased by increasing the radiation dose during exposure. Thus, an acceptable pH value can be higher than 6.5, for example, up to 7.5 or up to 9. Also, depending on the radiation dose, acceptable selectivity values can be obtained at a pH lower than 5, for example, from 4 or from 4, 5.
В другом частном варианте реализации раствор, содержащий по меньшей мере один переходный элемент, дополнительно содержит органические вещества, в частности растворители, полимеры, поверхностно-активные вещества. В более частном варианте реализации растворитель представляет собой спирт.In another particular embodiment, the solution containing at least one transition element further contains organic substances, in particular solvents, polymers, surfactants. In a more specific embodiment, the solvent is an alcohol.
В другом частном варианте реализации приведение пленки в контакт с раствором, содержащим по меньшей мере один переходный элемент, осуществляют в течение периода времени от 10 секунд до 60 мин, предпочтительно от 5 до 10 мин, наиболее предпочтительно примерно 5 мин. Повышение времени контакта позволяет повысить степень удаления резиста из экспонированных областей, но при этом более длительное время контакта может приводить к уменьшению толщины пленки в неэкспонированных областях. Таким образом, возможно подобрать значение времени контакта в зависимости от требуемых степени удаления резиста из экспонированнных областей и остаточной толщины пленки в неэкспонированных областях.In another particular embodiment, contacting the film with a solution containing at least one transition element is carried out over a period of 10 seconds to 60 minutes, preferably 5 to 10 minutes, most preferably about 5 minutes. Increasing the contact time can improve the removal of resist from exposed areas, but longer contact times can lead to a decrease in film thickness in unexposed areas. Thus, it is possible to choose the value of the contact time depending on the required degree of removal of the resist from the exposed areas and the residual film thickness in the unexposed areas.
В другом частном варианте реализации предлагаемый способ дополнительно включает стадию приведения пленки в контакт со вторым раствором, содержащим по меньшей мере один второй переходный элемент, отличный от первого.In another particular embodiment, the proposed method further includes the step of bringing the film into contact with a second solution containing at least one second transition element different from the first.
В другом более частном варианте реализации предлагаемый способ включает последовательное приведение пленки соединения полисахарида в контакт с раствором хлорида никеля и раствором сульфата никеля, предпочтительно водным раствором хлорида никеля и водным раствором сульфата никеля. Указанная частная комбинация стадий позволяет дополнительно повысить селективность и контраст процесса, что обеспечивает быстрое и полное удаление материала резиста из экспонированных областей и отсутствие растворения неэкспонированного резиста.In another more specific embodiment, the method of the invention comprises sequentially bringing a film of a polysaccharide compound into contact with a nickel chloride solution and a nickel sulfate solution, preferably an aqueous nickel chloride solution and an aqueous nickel sulfate solution. The specified particular combination of stages allows to further increase the selectivity and contrast of the process, which ensures fast and complete removal of the resist material from the exposed areas and the absence of dissolution of the unexposed resist.
В другом частном варианте реализации предлагаемый способ после приведения пленки в контакт с раствором, содержащим по меньшей мере один переходный элемент, дополнительно включает стадию промывки пленки. Промывка пленки резиста обеспечивает удаление остатков раствора, содержащего по меньшей мере один переходный элемент. Промывку пленки резиста осуществляют подходящим растворителем, в частности подходящим для удаления остатков раствора, содержащего по меньшей мере один переходный элемент. В частном варианте реализации растворитель представляет собой протонный растворитель, предпочтительно воду, или смесь растворителей, содержащую один или более протонный растворитель. Растворитель может представлять собой неорганический растворитель, органический растворитель или их смесь. Возможно также использование полярного апротонного растворителя возможно в смеси с другими растворителями.In another particular embodiment, the proposed method, after bringing the film into contact with a solution containing at least one transition element, further comprises the step of washing the film. Rinsing the resist film removes residual solution containing at least one transition element. Rinsing of the resist film is carried out with a suitable solvent, in particular suitable for removing residual solution containing at least one transition element. In a particular embodiment, the solvent is a protic solvent, preferably water, or a mixture of solvents containing one or more protic solvents. The solvent can be an inorganic solvent, an organic solvent, or a mixture thereof. It is also possible to use a polar aprotic solvent, possibly in a mixture with other solvents.
В частном варианте реализации стадию промывки осуществляют в течение периода времени от 10 до 60 секунд. При указанной продолжительности стадии промывки увеличивается степень очищения проявленной области от экспонированного резиста и остатков соли переходного элемента, и при этом минимизируется растворение неэкспонированной пленки резиста. При более продолжительном контакте пленки резиста с водой, в частности 10 мин, проявленная область очищается полностью, и при этом из области неэкспонированного резиста соединения полисахарида, хелатированного ионами переходного элемента, начинают вымываться последние, в результате чего может наблюдаться растворение неэкспонированного резиста.In a particular embodiment, the washing step is carried out over a period of 10 to 60 seconds. With the specified duration of the washing step, the degree of purification of the developed area from the exposed resist and residues of the transition element salt increases, and the dissolution of the unexposed resist film is minimized. With a longer contact of the resist film with water, in particular 10 min, the developed area is completely cleared, and at the same time, the latter begin to wash out from the area of the unexposed resist of the polysaccharide compound chelated with transition element ions, as a result of which the dissolution of the unexposed resist can be observed.
В другом частном варианте реализации предлагаемый способ дополнительно включает стадию сушки.In another particular embodiment, the proposed method further comprises a drying step.
В другом частном варианте реализации подложка представляет собой или содержит углеродные нанотрубки, органические полупроводники, белок, липидные структуры, ДНК, биополимерные волокна, бактериальные нанопровода на своей поверхности или любую их комбинацию.In another particular embodiment, the substrate is or contains carbon nanotubes, organic semiconductors, protein, lipid structures, DNA, biopolymer fibers, bacterial nanowires on its surface, or any combination thereof.
В одном частном варианте реализации предлагаемый способ включает последовательно следующие стадии:In one particular embodiment, the proposed method comprises sequentially the following steps:
- приведение пленки соединения хитозана в контакт с примерно 400 мМ водным раствором NiCl2 в течение примерно 5 минут при pH примерно 5,5;- bringing the chitosan compound film into contact with about 400 mM aqueous solution of NiCl 2 for about 5 minutes at a pH of about 5.5;
- приведение пленки соединения хитозана в контакт с примерно 400 мМ водным раствором NiSO4 в течение примерно 5 минут при pH примерно 5,5;- bringing the chitosan compound film into contact with about 400 mM NiSO 4 aqueous solution for about 5 minutes at a pH of about 5.5;
- промывку водой в течение примерно 30 секунд;- rinsing with water for about 30 seconds;
- сушку.- drying.
Во втором аспекте настоящее изобретение относится к применению раствора, содержащего по меньшей мере один переходный элемент, в качестве проявителя экспонированных областей пленки соединения полисахарида.In a second aspect, the present invention relates to the use of a solution containing at least one transition element as a developer of exposed areas of a polysaccharide compound film.
Второй аспект может характеризоваться частными вариантами реализации, аналогичными частным вариантам реализации остальных аспектов настоящего изобретения.The second aspect can be characterized by private variants of implementation, similar to private variants of implementation of the remaining aspects of the present invention.
В третьем аспекте настоящее изобретение относится к способу формирования по меньшей мере одного компонента на подложке, включающему следующие стадии:In a third aspect, the present invention relates to a method for forming at least one component on a substrate, comprising the following steps:
a. нанесение на подложку пленки соединения полисахарида;a. applying a polysaccharide compound film to the substrate;
b. воздействие на заранее определенные области указанной пленки потоком элементарных частиц и/или электромагнитным излучением (экспонирование);b. exposure to predetermined areas of said film with a stream of elementary particles and / or electromagnetic radiation (exposure);
с. проявление экспонированных областей пленки путем осуществления способа по первому аспекту настоящего изобретения с получением подложки с нанесенной на нее маской;from. developing exposed areas of the film by performing the method of the first aspect of the present invention to provide a masked substrate;
d. обработка подложки с нанесенной на нее маской путем травления, осаждения, легирования или любой их комбинацией;d. processing of a substrate with a mask applied to it by etching, deposition, alloying or any combination thereof;
e. удаление маски с поверхности подложки с получением сформированного по меньшей мере одного компонента на подложке,e. removing the mask from the surface of the substrate to form at least one component on the substrate,
причем компонент представляет собой микро- и/или нано- электронный и/или оптический компонент.wherein the component is a micro- and / or nano-electronic and / or optical component.
Согласно третьему аспекту настоящее изобретение позволяет повысить контраст процесса в сравнении с известными процессами, использующими воднопроявляемые и иные резисты с высокой совместимостью с органическими или биологическими объектами, а, следовательно, обеспечивает повышение степени соответствия формируемой структуры микро- или нано- электронных или оптических компонентов экспонированному изображению.According to the third aspect, the present invention makes it possible to increase the contrast of the process in comparison with the known processes using water-developing and other resists with high compatibility with organic or biological objects, and, therefore, provides an increase in the degree of correspondence of the formed structure of micro- or nano-electronic or optical components to the exposed image ...
Предлагаемый способ также является быстрым, простым, совместимым с чувствительными подложками, на которые оказывают отрицательное воздействие такие факторы как нагрев, действие концентрированных растворов кислот и щелочей, органических растворителей и плазмы. Также предлагаемый способ уменьшает отрицательное воздействие на окружающую среду.The proposed method is also fast, simple, compatible with sensitive substrates that are adversely affected by such factors as heating, the action of concentrated solutions of acids and alkalis, organic solvents and plasma. Also, the proposed method reduces the negative impact on the environment.
Кроме того, предлагаемый способ обеспечивает возможность осуществления взрывной (обратной) литографии, а также обеспечивает осуществление прямого изготовления микроконтактов и хорошую адгезию металлов в экспонированных областях после проявления.In addition, the proposed method provides the possibility of explosive (reverse) lithography, and also provides for the implementation of direct manufacturing of microcontacts and good adhesion of metals in exposed areas after development.
В одном из частных вариантов реализации поток элементарных частиц представляет собой поток электронов, и/или электромагнитное излучение представляет собой глубокое УФ излучение, экстремальное УФ излучение, гамма-излучение или рентгеновское излучение.In one particular embodiment, the particle flux is an electron flux and / or electromagnetic radiation is deep UV radiation, extreme UV radiation, gamma radiation, or X-rays.
В другом частном варианте реализации пленка имеет толщину от 20 до 190 нм, предпочтительно от 50 до 160 нм, более предпочтительно от 90 до 150 нм.In another particular embodiment, the film has a thickness of 20 to 190 nm, preferably 50 to 160 nm, more preferably 90 to 150 nm.
В другом частном варианте реализации нанесение на подложку пленки на стадии а. осуществляют из раствора соединения полисахарида, который предварительно фильтруют или подвергают центрифугированию. Раствор соединения полисахарида представляет собой раствор в воде, другом неорганическом растворителе или органическом растворителе. В качестве растворителя выбирают растворитель, обеспечивающий растворение соединения полисахарида. Фильтрование и/или центрифугирование раствора соединения полисахарида перед нанесением на подложку позволяет получить однородный раствор соединения полисахарида для нанесения пленки и, соответственно, однородную пленку без дефектов или с минимальным количеством дефектов, нанесенную на подложку.In another particular embodiment, applying a film to the substrate in step a. is carried out from a solution of a polysaccharide compound, which is pre-filtered or centrifuged. A polysaccharide compound solution is a solution in water, another inorganic solvent, or an organic solvent. As the solvent, a solvent is selected that dissolves the polysaccharide compound. Filtration and / or centrifugation of the polysaccharide compound solution prior to application to the substrate allows obtaining a homogeneous solution of the polysaccharide compound for film deposition and, accordingly, a homogeneous film without defects or with a minimum number of defects deposited on the substrate.
В другом частном варианте реализации предлагаемый способ дополнительно включает после стадии а.: температурную обработку подложки, и/или обработку подложки раствором, содержащим по меньшей мере один переходный элемент, и/или обработку подложки с нанесенной на нее пленкой соединения полисахарида по меньшей мере одним неорганическим или органическим веществом. Температурная обработка подложки после стадии а. позволяет значительно улучшить свойства соединения полисахарида как резиста. Обработка подложки раствором, содержащим по меньшей мере один переходный элемент, позволяет принципиально получить проявленную пленку, которую легко снять с подложки и далее перенести на другую поверхность. В более частном варианте реализации раствор для обработки подложки содержит соль по меньшей мере одного переходного элемента. Таким образом, в частном варианте реализации настоящее изобретение также относится к проявленной пленке соединения полисахарида. Обработка подложки с нанесенной на нее пленкой соединения полисахарида по меньшей мере одним неорганическим или органическим веществом может приводить к изменению свойств пленки.In another particular embodiment, the proposed method further comprises, after stage a: temperature treatment of the substrate, and / or treatment of the substrate with a solution containing at least one transition element, and / or treatment of the substrate with a film of the polysaccharide compound applied thereon with at least one inorganic or organic matter. Temperature treatment of the substrate after stage a. allows to significantly improve the resist properties of the polysaccharide compound. Treatment of the substrate with a solution containing at least one transition element makes it possible in principle to obtain a developed film that can be easily removed from the substrate and then transferred to another surface. In a more specific embodiment, the substrate treatment solution contains a salt of at least one transition element. Thus, in a particular embodiment, the present invention also relates to a developed film of a polysaccharide compound. Treatment of a substrate coated with a film of a polysaccharide compound with at least one inorganic or organic substance can change the properties of the film.
В другом более частном варианте реализации органическое вещество для обработки подложки после стадии а. представляет собой глицерин.In another more specific embodiment, the organic material for treating the substrate after step a. is glycerin.
В другом более частном варианте реализации неорганическое вещество для обработки подложки после стадии а. представляет собой соль, в частности карбонатную соль. В другом более частном варианте реализации неорганическое вещество для обработки подложки после стадии а. представляет собой соль щелочного металла, предпочтительно карбонат щелочного металла, более предпочтительно карбонат натрия Na2CO3.In another more specific embodiment, an inorganic substance for treating the substrate after step a. is a salt, in particular a carbonate salt. In another more specific embodiment, an inorganic substance for treating the substrate after step a. is an alkali metal salt, preferably an alkali metal carbonate, more preferably sodium carbonate Na 2 CO 3 .
В другом частном варианте реализации травление представляет собой жидкое травление или сухое травление. Это позволяет модифицировать поверхности подложки с получением заданной структуры поверхности.In another particular embodiment, the etching is liquid etching or dry etching. This allows the surface of the substrate to be modified to obtain a desired surface structure.
В другом частном варианте реализации удаление маски с поверхности подложки осуществляют воздействием воды или раствора, предпочтительно раствора, не содержащего переходные элементы, более предпочтительно водного раствора, не содержащего переходные элементы. В другом частном варианте реализации удаление маски с поверхности подложки осуществляют воздействием раствора, содержащего переходные элементы, предпочтительно водного раствора, содержащего переходные элементы. Такие способы удаления обеспечивают полное удаление неэкспонированного резиста с получением структуры на поверхности подложки в соответствии с проецируемым изображением. Также такие способы удаления позволяют осуществлять взрывную литографию с получением структуры на поверхности подложки в соответствии с заданным шаблоном. Такие способы удаления характеризуются простотой, поскольку в отличие от традиционных способов удаления неэкспонированной пленки, в частности с применением плазмы, отсутствует необходимость в оборудовании для генерирования плазмы. Также, такие способы являются экологичными, так как отсутствует необходимость применения токсичных органических растворителей, которые также традиционно используют для удаления неэкспонированной пленки в способах уровня техники. В результате ввиду отсутствия необходимости применения плазмы, концентрированных растворов кислот и щелочей и органических растворителей для удаления неэкспонированной пленки предлагаемый способ подходит для получения структуры на подложках, которые являются чувствительными к действию плазмы, концентрированных растворов кислот и щелочей и органических растворителей, в частности подложках на основе органических материалов и/или материалов биологического происхождения.In another particular embodiment, the removal of the mask from the surface of the substrate is carried out by exposure to water or a solution, preferably a solution containing no transition elements, more preferably an aqueous solution containing no transition elements. In another particular embodiment, the removal of the mask from the surface of the substrate is carried out by exposure to a solution containing the transition elements, preferably an aqueous solution containing the transition elements. Such removal methods provide complete removal of unexposed resist to obtain a structure on the surface of the substrate consistent with the projected image. Also, such removal methods allow explosive lithography to produce a pattern on the surface of the substrate in accordance with a predetermined pattern. Such methods of removal are characterized by simplicity, because unlike traditional methods of removing unexposed film, in particular using plasma, there is no need for equipment for generating plasma. Also, such methods are environmentally friendly, since there is no need to use toxic organic solvents, which are also traditionally used for removing unexposed film in the methods of the prior art. As a result, due to the absence of the need to use plasma, concentrated solutions of acids and alkalis and organic solvents to remove unexposed films, the proposed method is suitable for obtaining a structure on substrates that are sensitive to the action of plasma, concentrated solutions of acids and alkalis and organic solvents, in particular, substrates based on organic materials and / or materials of biological origin.
В другом более частном варианте реализации раствор, не содержащий переходные элементы, представляет собой раствор кислоты или соли, не являющейся солью переходного элемента, предпочтительно водный раствор кислоты или соли, не являющейся солью переходного элемента. Присутствие кислоты или соли позволяет увеличить скорость удаления маски с поверхности подложки. Раствор, не содержащий переходные элементы, может быть приготовлен в любом подходящем растворителе. Раствор соединения полисахарида представляет собой раствор в воде, другом неорганическом растворителе или органическом растворителе.In another more specific embodiment, the solution containing no transition elements is a solution of an acid or salt other than a salt of a transition element, preferably an aqueous solution of an acid or salt other than a salt of a transition element. The presence of acid or salt can increase the rate of mask removal from the substrate surface. The solution containing no transition elements can be prepared in any suitable solvent. A polysaccharide compound solution is a solution in water, another inorganic solvent, or an organic solvent.
В другом более частном варианте реализации раствор кислоты имеет концентрацию от 0,01 до 0,1% масс.In another more particular embodiment, the acid solution has a concentration of 0.01 to 0.1 wt%.
Кислота может иметь различную основность, например она может быть одноосновной, двухосновной, трехосновной или четырехосновной. Соответственно, в другом более частном варианте реализации кислота представляет собой одноосновную, двухосновную, трехосновную или четырехосновную кислоту.The acid can have different basicities, for example, it can be monobasic, dibasic, tribasic, or tetra-basic. Accordingly, in another more specific embodiment, the acid is a monobasic, dibasic, tribasic, or tetrabasic acid.
В другом более частном варианте реализации кислота представляет собой органическую кислоту, в частности карбоновую кислоту, в частности муравьиную, уксусную, пропионовую кислоту или их смеси.In another more specific embodiment, the acid is an organic acid, in particular a carboxylic acid, in particular formic, acetic, propionic acid, or mixtures thereof.
В другом более частном варианте реализации кислота является слабой. Использование слабой кислоты позволяет снизить воздействие на окружающую среду и при этом сохранить высокую скорость удаления маски с поверхности подложки.In another more specific embodiment, the acid is weak. The use of a weak acid reduces the environmental impact while maintaining a high rate of mask removal from the substrate surface.
В еще более частном варианте реализации кислота представляет собой муравьиную кислоту.In an even more specific embodiment, the acid is formic acid.
В другом более частном варианте реализации раствор, не содержащий переходные элементы, представляет собой раствор карбоната щелочного металла, предпочтительно с концентрацией в диапазоне от 50 до 150 мМ. Использование карбоната щелочного металла низкой концентрации позволяет снизить воздействие на окружающую среду и при этом сохранить высокую скорость удаления маски с поверхности подложки.In another more specific embodiment, the solution free of transition elements is an alkali metal carbonate solution, preferably at a concentration in the range of 50 to 150 mM. The use of low concentration alkali metal carbonate helps to reduce the environmental impact while maintaining a high removal rate of the mask from the substrate surface.
В другом частном варианте реализации способ формирования по меньшей мере одного компонента на подложке представляет собой способ литографии, в частности способ взрывной (обратной) литографии.In another particular embodiment, the method for forming at least one component on a substrate is a lithography method, in particular an explosive (reverse) lithography method.
В другом частном варианте реализации стадии способа формирования по меньшей мере одного компонента на подложке осуществляют более одного раза с получением структуры, содержащей более одного слоя компонентов.In another particular embodiment, the method steps for forming at least one component on a substrate are performed more than once to obtain a structure containing more than one layer of components.
В другом частном варианте реализации подложка с нанесенным на нее по меньшей мере одним компонентом представляет собой интегральную микросхему.In another particular embodiment, the substrate coated with at least one component is an integrated circuit.
Третий аспект может характеризоваться частными вариантами реализации, аналогичными частным вариантам реализации остальных аспектов настоящего изобретения.The third aspect can be characterized by private variants of implementation, similar to private variants of implementation of the remaining aspects of the present invention.
В четвертом аспекте настоящее изобретения относится к способу формирования маски соединения полисахарида, включающему следующие стадии:In a fourth aspect, the present invention relates to a method for forming a mask of a polysaccharide compound comprising the following steps:
a. нанесение на подложку пленки соединения полисахарида;a. applying a polysaccharide compound film to the substrate;
b. воздействие на заранее определенные области указанной пленки потоком элементарных частиц и/или электромагнитным излучением;b. exposure to predetermined areas of said film with a stream of elementary particles and / or electromagnetic radiation;
с. проявление экспонированных областей пленки путем осуществления способа по первому аспекту настоящего изобретения с получением подложки с нанесенной на нее маской.from. developing exposed areas of the film by performing the method of the first aspect of the present invention to provide a masked substrate.
В частном варианте реализации способ согласно четвертому аспекту настоящего изобретения включает после стадии а. обработку подложки раствором, содержащим соль по меньшей мере одного переходного элемента. Обработка подложки раствором, содержащим соль по меньшей мере одного переходного элемента, позволяет принципиально получить проявленную пленку, которую легко снять с подложки и далее перенести на другую поверхность.In a particular embodiment, the method according to the fourth aspect of the present invention comprises after step a. treating the substrate with a solution containing a salt of at least one transition element. Treatment of the substrate with a solution containing the salt of at least one transition element makes it possible in principle to obtain a developed film that can be easily removed from the substrate and then transferred to another surface.
В частном варианте реализации способ согласно четвертому аспекту настоящего изобретения дополнительно включает стадию съема проявленной пленки с подложки и далее ее перенос на другую поверхность.In a particular embodiment, the method according to the fourth aspect of the present invention further comprises the step of peeling off the developed film from the substrate and then transferring it to another surface.
Четвертый аспект может характеризоваться частными вариантами реализации, аналогичными частным вариантам реализации остальных аспектов настоящего изобретения.The fourth aspect can be characterized by private variants of implementation, similar to private variants of implementation of the remaining aspects of the present invention.
В пятом аспекте настоящее изобретение относится к подложке с нанесенными на нее микро- и/или нано- электронными и/или оптическими компонентами, в частности, элементами интегральной микросхемы, причем подложка представляет собой или содержит углеродные нанотрубки, органические полупроводники, белки, липидные структуры, ДНК, биополимерные волокна, бактериальные нанопровода или любую их комбинацию.In a fifth aspect, the present invention relates to a substrate coated with micro- and / or nano-electronic and / or optical components, in particular, elements of an integrated microcircuit, wherein the substrate is or contains carbon nanotubes, organic semiconductors, proteins, lipid structures, DNA, biopolymer fibers, bacterial nanowires, or any combination thereof.
В шестом аспекте настоящее изобретения относится к подложке с нанесенными на нее элементами интегральной микросхемы (микро- и/или наноэлектронными и/или оптическими компонентами), которые нанесены способом согласно третьему аспекту настоящего изобретения.In a sixth aspect, the present invention relates to a substrate coated with integrated circuit elements (micro- and / or nanoelectronic and / or optical components), which are applied by a method according to the third aspect of the present invention.
Подложка по пятому и шестому аспектам настоящего изобретения может быть предназначена для использования в качестве электронного и/или оптического компонента.The substrate of the fifth and sixth aspects of the present invention can be designed for use as an electronic and / or optical component.
Пятый и шестой аспекты могут характеризоваться частными вариантами реализации, аналогичными частным вариантам реализации остальных аспектов настоящего изобретения.The fifth and sixth aspects can be characterized by private options for implementation, similar to private options for implementing other aspects of the present invention.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими чертежами и примерами реализации.The essence of the invention is illustrated by the following drawings and examples of implementation.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
На фиг. 1(а) показана схема, иллюстрирующая предлагаемый способ проявления позитивного резиста на основе соединений полисахаридов: готовят раствор соединения полисахарида и наносят его на поверхность подложки, в данном примере методом центрифугирования, для получения тонкой пленки. Далее пленку облучают электронным пучком или электромагнитным излучением, проявляют в растворе солей переходных элементов, промывают и высушивают с помощью потока воздуха. На фиг. 1(b) представлен оптический снимок логотипа Skoltech (Сколтех) после проявления пленки формиата хитозана с молекулярной массой 165 кДа, экспонированной излучением фемтосекундного криптон-фторового лазера с длиной волны 248 нм (глубокий ультрафиолет (D-UV)); масштаб 50 мкм.FIG. 1 (a) shows a diagram illustrating the proposed method for the development of a positive resist based on polysaccharide compounds: a solution of a polysaccharide compound is prepared and applied to the substrate surface, in this example by centrifugation, to obtain a thin film. Next, the film is irradiated with an electron beam or electromagnetic radiation, developed in a solution of salts of transition elements, washed and dried using an air stream. FIG. 1 (b) shows an optical image of the Skoltech logo after the development of a chitosan formate film with a molecular weight of 165 kDa, exposed to radiation from a femtosecond krypton-fluorine laser with a wavelength of 248 nm (deep ultraviolet (D-UV)); scale 50 microns.
На фиг. 2 проиллюстрированы основные принципы процесса проявления, формулируемые для настоящего изобретения. На фиг. 2(а) представлены зависимости задержки времени диффузии для двух конкурирующих процессов от молекулярной массы соединения полисахарида в условных единицах. В частности, кривая синего цвета характеризует зависимость времени растворения соединения полисахарида от молекулярной массы, полученная из модели скейлинга (Beth A. Miller-Chou, Jack L. Koenig “A review of polymer dissolution”. Prog. Polym. Sci. 28 (2003) 1223-1270) процессов распутывания высшей макромолекулярной структуры полимерной цепи, а кривая оранжевого цвета характеризует зависимость времени хелатирования от молекулярной массы, полученная из модели прохождения ионов через мембраны (Nikolaos A Peppast, David L. Meadows “Macromolecular Structure and Solute Diffusion Membranes: An Overview Of Recent Theories”. Journal of Membrane Science, 16 (1983) 361-377). На вкладке на графике проиллюстрирована качественная зависимость молекулярной массы полисахарида от дозы экспонирования. Фиг. 2(а) показывает, что процесс проявления экспонированного резиста построен на балансе между двумя конфликтующими процессами: растворением полимера (соединения полисахарида) и формированием нерастворимого комплекса соединения полисахарида с ионами переходного элемента. На фиг. 2(b) продемонстрирована зависимость чувствительности резиста в мКл/см2 от рН раствора проявителя. В данном случае в качестве переходного металла использовался никель, концентрация раствора проявителя 400 мМ, время проявления 10 минут. Данная фигура показывает, что процесс растворения, будучи гораздо более чувствительным к pH, чем процесс образования комплексов, приводит к изменению дозы, необходимой для полного удаления экспонированного резиста. Данные получены для концентрации проявителя 400 мМ, и в случае понижения pH до значения менее 5,0 происходит сильное растворение неэкспонированных областей. В случае превышения pH = 7,5 растворение полисахарида становится сильно подавленным, при этом все области, экспонированные или нет, эффективно хелатируются ионами переходного элемента. На фиг. 2(с) представлен спектр, полученный рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией образца после травления (уменьшение толщины пленки на 25%). Данный спектр показывает присутствие никеля в глубине пленки как в свободном, так и в связанном состоянии, что подтверждает глубокое проникновение ионов переходных элементов в пленку неэкспонированного резиста. На фиг. 2(d) показана зависимость наклона кривой контраста на 60% высоты γ от концентрации ионов переходных элементов в растворе проявителя, мМ. Время проявления 5 минут, рН фиксирован и составляет 5,5. Из представленного графика видно, что при остальных одинаковых условиях поведение кривых контраста резиста становится более линейным и каноническим с увеличением концентрации раствора проявителя.FIG. 2 illustrates the basic principles of the developing process formulated for the present invention. FIG. 2 (a) shows the dependences of the diffusion time delay for two competing processes on the molecular weight of the polysaccharide compound in arbitrary units. In particular, the blue curve characterizes the dependence of the dissolution time of the polysaccharide compound on the molecular weight, obtained from the scaling model (Beth A. Miller-Chou, Jack L. Koenig “A review of polymer dissolution.” Prog. Polym. Sci. 28 (2003) 1223-1270) of the processes of unraveling of the higher macromolecular structure of the polymer chain, and the orange curve characterizes the dependence of the chelation time on the molecular weight, obtained from the model of ion passage through membranes (Nikolaos A Peppast, David L. Meadows “Macromolecular Structure and Solute Diffusion Membranes: An Overview Of Recent Theories. ”Journal of Membrane Science, 16 (1983) 361-377). The tab on the graph illustrates the qualitative dependence of the molecular weight of the polysaccharide on the exposure dose. FIG. 2 (a) shows that the development of the exposed resist is based on a balance between two conflicting processes: dissolution of the polymer (polysaccharide compound) and the formation of an insoluble complex of the polysaccharide compound with transition element ions. FIG. 2 (b) shows the dependence of the sensitivity of the resist in mC / cm 2 on the pH of the developer solution. In this case, nickel was used as the transition metal, the concentration of the developer solution was 400 mM, and the development time was 10 minutes. This figure shows that the dissolution process, being much more sensitive to pH than the complexation process, leads to a change in the dose required to completely remove the exposed resist. The data was obtained for a developer concentration of 400 mM, and in the case of lowering the pH to a value of less than 5.0, strong dissolution of unexposed areas occurs. In the case of exceeding pH = 7.5, the dissolution of the polysaccharide becomes strongly suppressed, while all areas, exposed or not, are effectively chelated by ions of the transition element. FIG. 2 (c) shows the spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy of the sample after etching (a decrease in the film thickness by 25%). This spectrum shows the presence of nickel in the depth of the film both in the free and in the bound state, which confirms the deep penetration of ions of transition elements into the unexposed resist film. FIG. 2 (d) shows the dependence of the slope of the contrast curve at 60% of the height γ on the concentration of ions of transition elements in the developer solution, mM. The development time is 5 minutes, the pH is fixed at 5.5. It can be seen from the presented graph that under the remaining identical conditions the behavior of the resist contrast curves becomes more linear and canonical with an increase in the concentration of the developer solution.
На фиг. 3 представлены изображения микро- и наноструктур, полученных в результате взрывной литографии с применением ацетата хитозана с молекулярной массой 700 кДа в качестве резиста для электронно-лучевой литографии. Проявление (кроме случая, показанного на изображении (b)) проводили в две стадии: сначала раствором хлорида никеля с концентрацией 400 мМ и рН 5,5 в течение 5 мин, затем раствором сульфата никеля с концентрацией 400 мМ и рН 5,5 в течение 5 мин. Затем проводили напыление металла: нижний слой Ti толщиной 1 нм и верхний слой Pd толщиной 11 нм. Далее проводили удаление пленки резиста раствором муравьиной кислоты с объемной концентрацией 0,1% с осуществлением взрывной литографии. Изображение (а) представляет собой оптическую фотографию массива структур, полученных с помощью взрывной литографии в дозовом тесте; масштаб 20 мкм. Полученные структуры состоят из квадратных элементов со сторонами длиной 5 и 1 мкм в комбинации с линиями толщиной 250 нм и длиной 1 мкм. Данное изображение иллюстрирует, что сформированные структуры воспроизводимы и не являются случайным результатом. Более того, они показывают окрестность по дозе относительно чувствительности, в которых возможно формирование структур. Изображение (b), полученное с помощью растрового электронного микроскопа, иллюстрирует структуры на поверхности подложки, изготовленные посредством взрывной литографии после проявления раствором соли переходного элемента с высокой концентрацией (2500 мМ); масштаб 10 мкм. Ширина самых узких линий около 100 нм. Как видно, при проявлении раствором соли переходного элемента с высокой концентрацией можно достичь довольно высокого разрешения. На изображении (c) показаны размеры критических элементов (англ. critical dimension), полученных в результате взрывной литографии при описанных выше условиях; масштаб 1 мкм. Данное изображение показывает, что при указанных выше условиях проявления можно получить элементы размером 200 нм (ширина линии) на расстоянии примерно 500 нм друг от друга. На изображении (d) показана отдельная линия из массива линий, показанных на изображении (с); масштаб 150 нм.FIG. 3 shows images of micro- and nanostructures obtained as a result of explosive lithography using chitosan acetate with a molecular weight of 700 kDa as a resist for electron-beam lithography. Development (except for the case shown in image (b)) was carried out in two stages: first, with a solution of nickel chloride with a concentration of 400 mM and pH 5.5 for 5 min, then with a solution of nickel sulfate with a concentration of 400 mM and pH 5.5 for 5 minutes. Then, metal was deposited: the
На фиг. 4 представлены результаты проявления пленок из ацетата хитозана разной толщины (90 и 200 нм), экспонированных при одинаковых условиях. Видно, что при толщине пленки 200 нм края структуры неоднородные и сглаженные, структура существенно отличается от заданного шаблона в диапазоне доз, при котором происходит полное удаление резиста из экспонированной области при проявлении. С ростом толщины, судя по всему за счет неоднородности диффузии хелатирующего компонента, увеличивается данное отличие.FIG. 4 shows the results of the development of films of chitosan acetate of different thicknesses (90 and 200 nm) exposed under the same conditions. It can be seen that, at a film thickness of 200 nm, the edges of the structure are inhomogeneous and smoothed; the structure differs significantly from the specified template in the dose range at which the resist is completely removed from the exposed area during development. With increasing thickness, apparently due to the inhomogeneity of diffusion of the chelating component, this difference increases.
На фиг. 5 представлены результаты проявления пленок из ацетата хитозана разной молекулярной массы (20, 65, 165, 200 и 700 кДа) при проведении дозового теста. LD соответствует испытанию, в котором доза экспонирования меняется в низком диапазоне изменения доз (25-750 мкКл/см2, ток 50 пА), HD соответствует испытанию, в котором доза экспонирования меняется в высоком диапазоне изменения доз (500-15000 мкКл/см2, ток 10 нА). Как видно, молекулярная масса соединения полисахарида практически не влияет на свойства соединения полисахарида как резиста, и для каждой молекулярной массы существует диапазон доз, в котором в результате проявления обеспечивается полное удаление экспонированного резиста и отсутствие растворения неэкспонированного.FIG. 5 shows the results of the development of films of chitosan acetate of different molecular weights (20, 65, 165, 200, and 700 kDa) during the dose test. LD corresponds to a test in which the exposure dose changes in a low dose range (25-750 μC / cm 2 , current 50 pA), HD corresponds to a test in which the exposure dose changes in a high dose range (500-15000 μC / cm 2 , current 10 nA). As can be seen, the molecular weight of the polysaccharide compound practically does not affect the properties of the polysaccharide compound as a resist, and for each molecular weight there is a dose range in which, as a result of development, complete removal of the exposed resist and the absence of dissolution of the unexposed one is ensured.
На фиг. 6 представлены результаты проявления в соответствии с настоящим изобретением пленок из различных соединений хитозана: СА - ацетат хитозана, CF - формиат хитозана, CG - гликолят хитозана, CL - лактат хитозана, CS - сукцинат хитозана, CMC - карбоксиметилхитозан. Из представленных данных видно, что все исследованные соединения хитозана позволяют обеспечить полное удаление экспонированного резиста в результате проявления и отсутствие растворения неэкспонированного.FIG. 6 shows the results of the development in accordance with the present invention of films from various chitosan compounds: CA - chitosan acetate, CF - chitosan formate, CG - chitosan glycolate, CL - chitosan lactate, CS - chitosan succinate, CMC - carboxymethylchitosan. The presented data show that all the studied compounds of chitosan make it possible to ensure complete removal of the exposed resist as a result of development and the absence of dissolution of the unexposed one.
На фиг. 7 показано влияние удаления примесей из раствора ацетата хитозана перед нанесением его на подложку на морфологию полученной из него пленки. Фотография (а) соответствует пленке из ацетата хитозана, полученной из раствора без дополнительной очистки. Фотография (b) соответствует пленке из ацетата хитозана, полученной из раствора, подвергнутого центрифугированию при 13200 об/мин (15000 g) в течение 10 мин. Фотография (с) соответствует пленке из ацетата хитозана, полученной из раствора, подвергнутого центрифугированию в пробирке с фильтром с диаметром пор 100 нм. Фотография (d) соответствует пленке из ацетата хитозана, полученной из раствора, подвергнутого фильтрованию через шприцевый фильтр с диаметром пор 200 нм. Как видно, пленка из ацетата хитозана, полученная из раствора, фильтрованного через шприцевый фильтр, характеризуется наиболее высокой однородностью и минимальным количеством дефектов.FIG. 7 shows the effect of removing impurities from a solution of chitosan acetate before applying it to a substrate on the morphology of the film obtained from it. Photo (a) corresponds to a film of chitosan acetate obtained from solution without additional purification. Photo (b) corresponds to a chitosan acetate film obtained from a solution centrifuged at 13,200 rpm (15,000 g) for 10 minutes. Photo (c) corresponds to a film of chitosan acetate obtained from a solution centrifuged in a filter tube with a pore diameter of 100 nm. Photo (d) corresponds to a chitosan acetate film obtained from a solution filtered through a 200 nm syringe filter. As can be seen, the chitosan acetate film obtained from a solution filtered through a syringe filter is characterized by the highest homogeneity and the minimum number of defects.
На фиг. 8 представлены структуры массива элементов дозового теста, полученные в результате проявления экспонированной пленки ацетата хитозана растворами разных солей переходных элементов, напыления металла толщиной 20 нм и удаления неэкспонированной пленки: хлорида, нитрата, ацетата, сульфата и формиата никеля, сульфата меди, ацетата кобальта отдельно или в комбинации с поверхностно-активным веществом, соли Мора. Данное изображение показывает, что принципиально возможно использование различных переходных элементов для создания проявителя. Каждый отдельный переходный элемент, соответствующий катион соли, органические или неорганические добавки к составу проявителя влияют на процесс и требуют, для достижения наилучшего эффекта, подстройки протокола проявления: подбор концентраций, pH, времени обработки.FIG. 8 shows the structures of the array of elements of the dose test obtained as a result of the development of the exposed film of chitosan acetate with solutions of different salts of transition elements, the deposition of a metal with a thickness of 20 nm and the removal of the unexposed film: nickel chloride, nitrate, acetate, sulfate and formate, copper sulfate, cobalt acetate separately or in combination with a surfactant, Mohr's salts. This image shows that in principle it is possible to use various transition elements to create a developer. Each individual transition element, the corresponding salt cation, organic or inorganic additives to the developer composition affects the process and requires, in order to achieve the best effect, the adjustment of the development protocol: selection of concentrations, pH, processing time.
На фиг. 9 представлены фотографии, полученные с помощью оптического микроскопа, иллюстрирующие влияние рН раствора проявителя на чувствительность и контраст резиста. Данные представлены для пленки из ацетата хитозана с молекулярной массой 65 кДа, проявитель на основе хлорида никеля. a) 5,0 pH, b) 5,5 pH, c) 6,0 pH, d) 6,5 pH, e) 7,0 pH, f) 7,5 pH. На всех изображениях показана одна и та же область дозового теста. На основании данного испытания получен график, изображенный на фиг. 2(b).FIG. 9 shows photographs obtained with an optical microscope, illustrating the effect of the pH of the developer solution on the sensitivity and contrast of the resist. The data are presented for a film of chitosan acetate with a molecular weight of 65 kDa, a developer based on nickel chloride. a) pH 5.0, b) pH 5.5, c) pH 6.0, d) pH 6.5, e) pH 7.0, f) pH 7.5. All images show the same area of the dose test. Based on this test, the graph shown in FIG. 2 (b).
На фиг. 10 представлены фотографии, полученные с помощью оптического микроскопа, иллюстрирующие влияние стадии промывки после проявления пленки растворами солей переходных элементов. На каждой фотографии показан стандартный дозовый тест с растущей дозой экспонирования. Фотография (а) соответствует проявлению проявителем на основе никеля без промывки. Фотография (b) соответствует проявлению с промывкой водой в течение 30 секунд. Фотография (с) соответствует проявлению с промывкой водой в течение 10 минут. Как видно, в случае длительной промывки после проявления наблюдается большое отклонение проявленной структуры от экспонированного шаблона, поскольку происходит вымывание из пленки неэкспонированного резиста ионов переходных элементов, хелатирующих молекулы соединений полисахаридов, и, соответственно, растворение неэкспонированных областей.FIG. 10 shows photographs obtained with an optical microscope illustrating the effect of the washing step after the development of the film with solutions of salts of transition elements. Each photograph shows a standard dose test with an increasing exposure dose. Photo (a) corresponds to development with a nickel-based developer without rinsing. Photo (b) corresponds to development with a water wash for 30 seconds. Photo (c) corresponds to development with water rinsing for 10 minutes. As can be seen, in the case of prolonged washing after development, a large deviation of the developed structure from the exposed template is observed, since the ions of transition elements chelating the molecules of polysaccharide compounds are washed out from the film of unexposed resist, and, accordingly, the unexposed regions dissolve.
На фиг. 11 приведены характеристические кривые, описывающие зависимость относительной остаточной толщины экспонированной пленки (h/h0) (отношение остаточной толщины резиста h к начальной толщине h0) резиста на основе ацетата хитозана с молекулярной массой 65 кДа после проявления от полученной им дозы (D) экспонирования в логарифмических координатах. Тангенс угла наклона касательной к характеристической кривой называют контрастом резиста (γ). На графике (а) представлена характеристическая кривая для резиста после проявления раствором соли никеля с концентрацией 5 мМ. На графике (b) представлена характеристическая кривая для резиста после проявления раствором соли никеля с концентрацией 2500 мМ. На графиках (c) и (d) охарактеризован резист после проявления только раствором хлорида никеля с концентрацией 400 мМ в течение 10 мин (график (с)) и раствором хлорида никеля с концентрацией 400 мМ в течение 5 мин с последующей обработкой раствором сульфата никеля (двухстадийное проявление) с концентрацией 400 мМ в течение 5 мин (график (d)). Из представленных данных видно, что на графиках (а) и (с) есть участки, для которых тангенс угла наклона касательной (в частности, γ60 - тангенс угла наклона касательной при относительной остаточной толщине 60%) составляет меньше 0,6. При этом видно, что повышение концентрации иона переходного элемента в составе раствора проявителя (с 5 мМ на графике (а) до 2500 мМ на графике (b)) и изменение аниона в растворе проявителя (только хлорид-ион на графике (с) и комбинация хлорид-иона и сульфат-иона на графике (d)) приводит к повышению контраста резиста.FIG. 11 shows the characteristic curves describing the dependence of the relative residual thickness of the exposed film (h / h0) (the ratio of the residual resist thickness h to the initial thickness h0) a resist based on chitosan acetate with a molecular weight of 65 kDa after development from the dose it received (D) by exposure in logarithmic coordinates. The tangent of the slope of the tangent to the characteristic curve is called the resist contrast (γ). Plot (a) shows the characteristic curve for the resist after development with a 5 mM nickel salt solution. Plot (b) shows the characteristic curve for the resist after development with a 2500 mM nickel salt solution. Plots (c) and (d) show the resist after development only with a solution of nickel chloride with a concentration of 400 mM for 10 min (graph (c)) and a solution of nickel chloride with a concentration of 400 mM for 5 min, followed by treatment with a solution of nickel sulfate ( two-stage development) with a concentration of 400 mM for 5 min (graph (d)). From the presented data, it can be seen that in the graphs (a) and (c) there are sections for which the tangent of the angle of inclination of the tangent (in particular, γ60 - the tangent of the angle of inclination of the tangent at a relative residual thickness of 60%) is less than 0.6. It can be seen that an increase in the concentration of the transition element ion in the composition of the developer solution (from 5 mM in the graph (a) to 2500 mM in the graph (b)) and a change in the anion in the developer solution (only chloride ion in the graph (c) and the combination chloride ion and sulfate ion in the plot (d)) leads to an increase in the contrast of the resist.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
В нижеследующем описании приведены средства и методы, с помощью которых может быть осуществлено настоящее изобретение, а также приведены примеры его реализации.The following description sets forth the means and methods by which the present invention can be carried out, as well as examples of its implementation.
При характеристике некоторых количественных признаков используется термин «примерно». Этот термин отражает неопределенность, которая присуща измерению любого количественного признака, и обозначает диапазон, который представляет собой количественный признак ± погрешность измерения. Погрешность измерения может быть 10%, более предпочтительно 5%.When characterizing some quantitative traits, the term "about" is used. This term reflects the uncertainty that is inherent in the measurement of any quantitative characteristic, and denotes a range that is a quantitative characteristic ± measurement error. The measurement error may be 10%, more preferably 5%.
Термин «полисахарид», используемый для описания настоящего изобретения, относится к высокомолекулярному соединению, содержащему моносахаридные остатки, по меньшей мере часть из которых соединена гликозидной связью. В частном случае полисахарид состоит из моносахаридных остатков, соединенных гликозидной связью.The term "polysaccharide" used to describe the present invention refers to a high molecular weight compound containing monosaccharide residues, at least some of which are linked by a glycosidic bond. In a particular case, the polysaccharide consists of monosaccharide residues linked by a glycosidic bond.
Термин «соединение полисахарида» относится как к самому полисахариду, так и к его производным, в которых сохранен скелет полисахарида. Неограничивающими примерами производных полисахарида являются: аминопроизводные, нитропроизводные, сульфопроизводные, галогенопроизводные, производные фосфорных кислот, простые и сложные эфиры, соли. Термин «соединение полисахарида» также включает сополимеры, которые вместе с сахаридными мономерными звеньями также содержат мономерные звенья, не являющиеся сахаридами. Соединение полисахарида характеризуется тем, что его средняя молекулярная масса уменьшается под воздействием излучения, а также способностью образовывать хелаты с переходными элементами.The term "polysaccharide compound" refers both to the polysaccharide itself and to its derivatives in which the polysaccharide skeleton is preserved. Non-limiting examples of polysaccharide derivatives are: amino derivatives, nitro derivatives, sulfo derivatives, halogen derivatives, phosphoric acid derivatives, ethers and esters, salts. The term "polysaccharide compound" also includes copolymers which, together with saccharide monomer units, also contain non-saccharide monomer units. The polysaccharide compound is characterized by the fact that its average molecular weight decreases under the influence of radiation, as well as the ability to form chelates with transition elements.
Конкретными неограничивающими примерами соединений полисахаридов являются хитозан, пчелозан (апизан), целлюлоза, крахмал, декстрин, пектин, галактоманнан, альгиновая кислота, их соли и иные производные.Specific non-limiting examples of polysaccharide compounds are chitosan, beelosan (apizan), cellulose, starch, dextrin, pectin, galactomannan, alginic acid, their salts and other derivatives.
Термин «хитозан», используемый для описания настоящего изобретения, относится к природному полисахариду, состоящему из двух типов мономерных звеньев - D-глюкозамина и N-ацетил-D-глюкозамина, соединенных β-(1→4)-гликозидной связью. Количество N-ацетил-D-глюкозаминовых звеньев соответствует степени ацетилирования, являющейся характеристикой хитозана. Хитозан является нетоксичным, биосовместимым и биоразлагаемым полимером.The term "chitosan" used to describe the present invention refers to a naturally occurring polysaccharide consisting of two types of monomer units, D-glucosamine and N-acetyl-D-glucosamine, linked by a β- (1 → 4) -glycosidic bond. The number of N-acetyl-D-glucosamine units corresponds to the degree of acetylation, which is a characteristic of chitosan. Chitosan is a non-toxic, biocompatible and biodegradable polymer.
Термин «пчелозан (апизан)», используемый для описания настоящего изобретения, относится к хитозану, выделенному из хитинового покрова пчел.The term "beelosan (apizan)" as used to describe the present invention refers to chitosan isolated from the chitinous cover of bees.
Термин «переходный элемент», используемый для описания настоящего изобретения, относится к химическим элементам, в атомах которых в электронной оболочке валентные электроны с наивысшей энергией занимают d- и f-орбитали. В периодической системе химических элементов переходные элементы находятся в группах 3-12 в периодах 4-7.The term "transition element" used to describe the present invention refers to chemical elements in the atoms of which in the electron shell the valence electrons with the highest energies occupy the d and f orbitals. In the periodic table of chemical elements, the transition elements are in groups 3-12 in periods 4-7.
Термин «неорганический растворитель», используемый для описания настоящего изобретения, относится к любому известному неорганическому растворителю. Конкретными неограничивающими примерами неорганических растворителей являются вода, аммиак, неорганические кислоты, водные растворы неорганических солей.The term "inorganic solvent" as used to describe the present invention refers to any known inorganic solvent. Specific non-limiting examples of inorganic solvents include water, ammonia, inorganic acids, aqueous solutions of inorganic salts.
Термин «органический растворитель», используемый для описания настоящего изобретения, относится к любому известному органическому растворителю. Конкретными неограничивающими примерами органических растворителей являются спирты (например, этиловый спирт, глицерин), простые эфиры (например, диэтиловый эфир), сложные эфиры (например, этилацетат, бутилацетат), кетоны (например, ацетон), углеводороды (например, гексан, гептан).The term "organic solvent" as used to describe the present invention refers to any known organic solvent. Specific non-limiting examples of organic solvents are alcohols (eg ethyl alcohol, glycerin), ethers (eg diethyl ether), esters (eg ethyl acetate, butyl acetate), ketones (eg acetone), hydrocarbons (eg hexane, heptane) ...
Термин «литография», используемый для описания настоящего изобретения, относится к совокупности физико-химических процессов формирования на подложке структур, состоящих из микро- или нано- электронных и/или оптических компонентов.The term "lithography" used to describe the present invention refers to a set of physicochemical processes for the formation on a substrate of structures consisting of micro- or nano-electronic and / or optical components.
Важным параметром процесса литографии является разрешающая способность. Она определяется числом линий равной толщины, которые могут быть получены без слияния на 1 мм поверхности подложки.Resolution is an important parameter of the lithography process. It is determined by the number of lines of equal thickness that can be obtained without merging on 1 mm of the substrate surface.
Также важным параметром процесса литографии является контраст (контрастность). Данный параметр характеризует способность получения резко дифференцированной границы между экспонированным и неэкспонированным участками резиста, т.е. характеризует профиль формируемой маски резиста, и непосредственно связан с разрешающей способностью резиста: чем выше контраст, тем выше разрешающая способность. Контраст определяют по кривой, которая характеризует зависимость нормированной остаточной толщины резиста в проявленной области (нормированной на исходную толщину резиста) от логарифма дозы. Контраст γ представляет собой тангенс угла наклона касательной к данной кривой.Contrast (contrast) is also an important parameter of the lithography process. This parameter characterizes the ability to obtain a sharply differentiated boundary between the exposed and unexposed areas of the resist, i.e. characterizes the profile of the formed resist mask, and is directly related to the resolution of the resist: the higher the contrast, the higher the resolution. The contrast is determined by a curve that characterizes the dependence of the normalized residual thickness of the resist in the developed area (normalized to the initial thickness of the resist) on the logarithm of the dose. Contrast γ is the tangent of the slope of the tangent to the given curve.
Термин «резист», используемый для описания настоящего изобретения, в области микро- и наноэлектроники относится к покрытию, используемому в качестве защиты при выполнении последующих операций при формировании структуры в процессе литографии. Материал резиста должен быть чувствительным, например, светочувствительным, к воздействию какого-либо излучения (например, оптического, рентгеновского, потока ионов или электронов), что проявляется в изменении его физико-химических свойств, например, растворимости, под воздействием этого излучения.The term "resist" used to describe the present invention, in the field of micro- and nanoelectronics, refers to a coating used as protection during subsequent operations in the formation of a structure during lithography. The resist material must be sensitive, for example, photosensitive, to the effects of any radiation (for example, optical, X-ray, ion or electron flux), which manifests itself in a change in its physicochemical properties, for example, solubility, under the influence of this radiation.
Важной характеристикой резиста является чувствительность, которая представляет собой минимальную дозу излучения, которую необходимо передать участку резиста для того, чтобы стало возможно его полное проявление (полное удаление экспонированного резиста) за приемлемое время (обычно 5-10 мин).An important characteristic of a resist is sensitivity, which is the minimum dose of radiation that must be transmitted to a resist site in order for its full development (complete removal of the exposed resist) to become possible within a reasonable time (usually 5-10 min).
Термин «экспонирование», используемый для описания настоящего изобретения, относится к воздействию излучения или потока элементарных частиц, в частности, электронов на материал резиста.The term "exposure" as used to describe the present invention refers to the effect of radiation or flux of elementary particles, in particular, electrons, on the resist material.
Термин «проявление», используемый для описания настоящего изобретения, относится к обработке резиста, подвергшегося экспонированию, растворителем, способным обеспечить растворение и удаление материала резиста из экспонированных участков.The term "developing" as used to describe the present invention refers to the treatment of an exposed resist with a solvent capable of dissolving and removing the resist material from the exposed areas.
Термин «маска», используемый для описания настоящего изобретения, относится к рельефной структуре, которая формируется на поверхности подложки из слоя резиста после его экспонирования и проявления. Как правило, маска представляет собой слой резиста с отверстиями определенной формы. Форма и размер отверстий задают форму элементов микро- или нано- электронных или оптических компонентов, которые будут сформированы на поверхности подложки в процессе литографии.The term "mask" used to describe the present invention refers to a relief structure that is formed on the surface of a substrate from a resist layer after it has been exposed and developed. Typically, the mask is a resist layer with holes of a certain shape. The shape and size of the holes determine the shape of the elements of micro- or nano-electronic or optical components that will be formed on the surface of the substrate during the lithography process.
Термин «взрывная литография» (англ. lift-off), также обратная литография, используемый для описания настоящего изобретения, относится к методу формирования микро- или нано- электронных или оптических компонентов на поверхности подложки, при котором на поверхности подложки формируют маску, имеющую отверстия (путем осаждения пленки резиста, экспонирования определенных областей пленки излучением и затем проявления с получением маски), поверх маски наносят слой вещества (обычно металла), из которого необходимо сформировать микро- или нано- электронные или оптические компоненты, после чего маску удаляют, при этом на поверхности подложки в тех местах, где были отверстия маски, остается нанесенное вещество в виде рельефной структуры, а вещество, которое располагалось в тех местах, где маска не имела отверстий, т.е. на поверхности неэкспонированного резиста, удаляется вместе с маской (так называемый «взрыв»). Таким образом маска задает форму получающейся рельефной структуры. В целом, для аккуратного снятия резиста требуется, чтобы пленка резиста была в два и более раз толще, чем слой нанесенного вещества, а также чтобы стенки резиста имели отрицательный наклон, что исключит возможность их покрытия наносимым материалом. Данный процесс является альтернативой травления, поэтому используется для материалов, травление которых представляет определенные сложности.The term "lift-off", also used in reverse lithography to describe the present invention, refers to a method of forming micro- or nano-electronic or optical components on the surface of a substrate, in which a mask is formed on the surface of the substrate having holes (by depositing a resist film, exposing certain areas of the film to radiation and then developing to obtain a mask), a layer of a substance (usually a metal) is applied over the mask, from which it is necessary to form micro- or nano-electronic or optical components, after which the mask is removed, while on the surface of the substrate in those places where the mask holes were, the applied substance remains in the form of a relief structure, and the substance that was located in those places where the mask had no holes, i.e. on the surface of the unexposed resist is removed together with the mask (the so-called "explosion"). Thus, the mask defines the shape of the resulting relief structure. In general, accurate removal of the resist requires that the resist film be two or more times thicker than the layer of the applied substance, and also that the walls of the resist have a negative slope, which excludes the possibility of their coating with the applied material. This process is an alternative to etching, therefore it is used for materials that are difficult to etch.
Термин «травление», используемый для описания настоящего изобретения, относится к этапу литографического процесса, который заключается в удалении части материала подложки на участках, не защищенных маской резиста, т.е. в тех местах, где маска имеет отверстия. Травление может быть жидким (жидкостным) и сухим. Под жидким травлением понимают обработку жидкостью, способной обеспечить растворение материала подложки, при этом сухое травление представляет собой обработку подложки плазмой, возбужденной высокочастотным электрическим полем. Сухое травление включает, без ограничения перечисленными, травление кислородсодержащей плазмой, галогенсодержащей плазмой (в частности, хлор- и/или фторсодержащей плазмой) и ионно-лучевое травление.The term "etching" as used to describe the present invention refers to the step in the lithographic process that removes a portion of the substrate material from areas not protected by the resist mask, i.e. where the mask has holes. Etching can be liquid (liquid) and dry. By liquid etching is meant treatment with a liquid capable of dissolving the substrate material, wherein dry etching is the treatment of the substrate with a plasma excited by a high-frequency electric field. Dry etching includes, but is not limited to, etching with oxygen-containing plasma, halogen-containing plasma (in particular, chlorine and / or fluorine-containing plasma), and ion beam etching.
Термин «легирование», используемый для описания настоящего изобретения, относится к внедрению небольших количеств материала в подложку с целью контролируемого изменения ее свойств.The term "doping" as used to describe the present invention refers to the incorporation of small amounts of material into a substrate in order to control its properties.
Способы согласно настоящему изобретению могут быть осуществлены с помощью известного оборудования. Далее будут приведены неограничивающие примеры.The methods of the present invention can be carried out using known equipment. Non-limiting examples will be given below.
В одном варианте настоящего изобретения в качестве светочувствительного резиста используют соединения полисахарида. Однако настоящее изобретение в принципе не ограничено только соединениями полисахарида. Не желая ограничиваться конкретной теорией, авторы настоящего изобретения полагают, что в качестве резиста в настоящем изобретении может быть использован любой высокомолекулярный материал, обладающий следующей комбинацией свойств: уменьшение средней молекулярной массы при воздействии электромагнитного излучения (включая поток элементарных частиц), повышение растворимости с уменьшением средней молекулярной массы и способность образовывать хелатные комплексы с переходными элементами.In one embodiment of the present invention, polysaccharide compounds are used as the photosensitive resist. However, the present invention is in principle not limited to polysaccharide compounds only. Without wishing to be limited by a specific theory, the authors of the present invention believe that any high molecular weight material with the following combination of properties can be used as a resist in the present invention: a decrease in the average molecular weight when exposed to electromagnetic radiation (including a flux of elementary particles), an increase in solubility with a decrease in the average molecular weight and the ability to form chelate complexes with transition elements.
Нанесение пленки резиста на основе соединения полисахарида на подложку может быть осуществлено методами, известными в данной области. Например, готовят раствор соединения полисахарида подходящей концентрации в подходящем растворителе, наносят его на подложку и затем сушат. В иллюстративном варианте реализации готовят раствор соединения полисахарида в воде, другом неорганическом или органическом растворителе. Растворитель для приготовления раствора соединения полисахарида выбирают таким образом, чтобы он обеспечивал растворение соединения полисахарида. В конкретном иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения концентрация раствора соединения полисахарида для нанесения на подложку составляет от 1 до 10% в зависимости от молекулярной массы соединения полисахарида и катиона соединения полисахарида. Не желая ограничиваться конкретной теорией, авторы изобретения полагают, что чем ниже молекулярная масса соединения полисахарида, тем выше должна быть концентрация раствора для нанесения на подложку для достижения достаточной вязкости. Для каждого конкретного соединения полисахарида определенной молекулярной массы необходимо подбирать концентрацию раствора для обеспечения надлежащей толщины пленки при определенных условиях вращения при нанесении и размере подложки. В одном иллюстративном варианте реализации нанесение пленки соединения полисахарида на подложку осуществляют с помощью метода нанесения путем вращения, что позволяет обеспечить равномерную пленку определенной толщины. В конкретном иллюстративном варианте реализации нанесение пленки соединения полисахарида осуществляют за счет центробежной силы. В одном частном варианте реализации нанесение пленки соединения полисахарида осуществляют с помощью центрифугирования. В более частном варианте реализации нанесение пленки соединения полисахарида осуществляют с помощью спин-коатера.The deposition of a polysaccharide compound resist film onto a substrate can be accomplished by methods known in the art. For example, a solution of a polysaccharide compound of a suitable concentration in a suitable solvent is prepared, applied to a support, and then dried. In an illustrative embodiment, a solution of the polysaccharide compound is prepared in water, another inorganic or organic solvent. The solvent for preparing the solution of the polysaccharide compound is selected so that it dissolves the polysaccharide compound. In a specific illustrative embodiment of the present invention, the concentration of the polysaccharide compound solution to be applied to a support is 1 to 10%, depending on the molecular weight of the polysaccharide compound and the polysaccharide compound cation. Without wishing to be bound by a particular theory, the inventors believe that the lower the molecular weight of the polysaccharide compound, the higher the concentration of the solution to be applied to the support must be in order to achieve sufficient viscosity. For each specific molecular weight polysaccharide compound, the concentration of the solution must be adjusted to provide the proper film thickness under the specified application rotation conditions and substrate size. In one illustrative embodiment, the application of the film of the polysaccharide compound to the substrate is carried out using a rotary deposition technique to provide a uniform film of a certain thickness. In a specific illustrative embodiment, the application of the polysaccharide compound film is performed by centrifugal force. In one particular embodiment, the application of the polysaccharide compound film is performed by centrifugation. In a more specific embodiment, the application of the film of the polysaccharide compound is carried out using a spincoater.
В одном необязательном варианте реализации настоящего изобретения раствор соединения полисахарида перед нанесением дополнительно очищают с помощью известных методов. В одном иллюстративном варианте реализации раствор соединения полисахарида перед нанесением дополнительно центрифугируют. В другом иллюстративном варианте реализации раствор соединения полисахарида перед нанесением дополнительно фильтруют.In one optional embodiment of the present invention, the polysaccharide compound solution is further purified prior to application using known techniques. In one illustrative embodiment, the polysaccharide compound solution is further centrifuged prior to application. In another illustrative embodiment, the polysaccharide compound solution is further filtered prior to application.
В одном иллюстративном варианте реализации после нанесения на подложку пленку соединения полисахарида сушат. В конкретном варианте реализации после нанесения на подложку пленку соединения полисахарида сушат в потоке воздуха.In one illustrative embodiment, the polysaccharide compound is dried after the film is applied to the substrate. In a specific embodiment, after the polysaccharide compound film is applied to the substrate, it is dried in a stream of air.
В одном необязательном варианте реализации после нанесения пленки до экспонирования проводят дополнительную обработку подложки с нанесенной на нее пленкой. В одном иллюстративном варианте реализации подложку с нанесенной на нее пленкой подвергают температурной обработке. В одном конкретном иллюстративном варианте реализации подложку с нанесенной на нее пленкой нагревают. В другом конкретном иллюстративном варианте реализации подложку с нанесенной на нее пленкой охлаждают. В конкретном варианте реализации подложку с нанесенной на нее пленкой нагревают до температуры, превышающей температуру стеклования соединения полисахарида. В другом иллюстративном варианте реализации подложку с нанесенной на нее пленкой обрабатывают раствором, содержащим по меньшей мере один переходный элемент, в частности соль переходного элемента. В конкретном варианте реализации обработка подложки с нанесенной на нее пленкой раствором, содержащим по меньшей мере один переходный элемент, обеспечивает легкое удаление проявленной пленки с подложки и ее перенос на другую поверхность. В другом иллюстративном варианте реализации подложку с нанесенной на нее пленкой обрабатывают по меньшей мере одним органическим или неорганическим веществом. В одном конкретном варианте реализации органическое вещество представляет собой органический растворитель. В более конкретном варианте реализации органическое вещество представляет собой спирт. В еще более конкретном варианте реализации спирт представляет собой многоатомный спирт. В еще более конкретном варианте реализации органическое вещество представляет собой глицерин. В другом конкретном варианте реализации неорганическое вещество представляет собой соль, в частности карбонатную соль. В другом конкретном варианте реализации неорганическое вещество представляет собой соль щелочного металла. В еще более конкретном варианте реализации неорганическое вещество представляет собой карбонат щелочного металла, в частности карбонат натрия.In one optional embodiment, after application of the film, prior to exposure, additional processing is performed on the substrate coated with the film. In one illustrative embodiment, the film-coated substrate is heat treated. In one specific illustrative embodiment, the film-coated substrate is heated. In another specific illustrative embodiment, the film-coated substrate is cooled. In a specific embodiment, the film-coated substrate is heated to a temperature above the glass transition temperature of the polysaccharide compound. In another exemplary embodiment, the film-coated substrate is treated with a solution containing at least one transition element, in particular a salt of the transition element. In a particular embodiment, treating the film-coated substrate with a solution containing at least one transition element allows the developed film to be easily removed from the substrate and transferred to another surface. In another illustrative embodiment, the film-coated substrate is treated with at least one organic or inorganic substance. In one specific embodiment, the organic material is an organic solvent. In a more specific embodiment, the organic material is an alcohol. In an even more specific embodiment, the alcohol is a polyhydric alcohol. In an even more specific embodiment, the organic material is glycerin. In another specific embodiment, the inorganic material is a salt, in particular a carbonate salt. In another specific embodiment, the inorganic material is an alkali metal salt. In an even more specific embodiment, the inorganic material is an alkali metal carbonate, in particular sodium carbonate.
В одном варианте реализации пленку соединения полисахарида подвергают экспонированию. В конкретном варианте реализации экспонированию подвергают заранее определенные участки (области) пленки соединения полисахарида. В результате экспонирования соединения полисахарида происходит уменьшение молекулярной массы полимерных цепей (деполимеризация), в результате чего повышается растворимость соединения полисахарида. Экспонирование пленки соединения полисахарида осуществляют известными методами. В одном иллюстративном варианте реализации экспонирование пленки соединения полисахарида осуществляют потоком элементарных частиц. В конкретном иллюстративном варианте реализации поток элементарных частиц представляет собой поток электронов (электронный луч). В одном иллюстративном варианте реализации поток электронов обеспечивают с помощью электронного микроскопа. В одном иллюстративном варианте реализации поток электронов обеспечивают с помощью системы электронно-лучевой (электронной) литографии.In one embodiment, the polysaccharide compound film is exposed. In a particular embodiment, predetermined regions (regions) of the polysaccharide compound film are exposed. As a result of exposure of the polysaccharide compound, the molecular weight of the polymer chains (depolymerization) decreases, as a result of which the solubility of the polysaccharide compound increases. The exposure of the film of the polysaccharide compound is carried out by known methods. In one illustrative embodiment, the exposure of the polysaccharide compound film is performed with a stream of elementary particles. In a specific illustrative embodiment, the particle stream is an electron stream (electron beam). In one illustrative embodiment, the electron flow is provided using an electron microscope. In one illustrative embodiment, the electron flow is provided by an electron beam (electron) lithography system.
В другом иллюстративном варианте реализации настоящего изобретения экспонирование пленки соединения полисахарида осуществляют электромагнитным излучением. В конкретном иллюстративном варианте реализации электромагнитное излучение представляет собой излучение ультрафиолетового диапазона (УФ-излучение). В одном конкретном иллюстративном варианте реализации УФ-излучение представляет собой «глубокое» УФ-излучение (глубокий ультрафиолет D-UV (англ. deep ultra violet - DUV)) с длиной волны 248 нм. В иллюстративном варианте реализации «глубокое» УФ-излучение обеспечивают с помощью лазера. В конкретном варианте реализации лазер представляет собой эксимерный лазер Kr/F (248 нм). В другом конкретном иллюстративном варианте реализации УФ-излучение представляет собой «экстремальное» УФ-излучение (экстремальный ультрафиолет E-UV (англ. extreme ultra violet - EUV)) с длиной волны 10-121 нм. В более конкретном варианте реализации экспонирование осуществляют экстремальным УФ-излучением с длиной волны примерно 13,5 нм. В другом конкретном иллюстративном варианте реализации электромагнитное излучение представляет собой рентгеновское излучение с длиной волны 10-3-10 нм. В другом конкретном иллюстративном варианте реализации электромагнитное излучение представляет собой гамма-излучение с длиной волны менее 10-3 нм.In another illustrative embodiment of the present invention, the exposure of the polysaccharide compound film is performed by electromagnetic radiation. In a specific illustrative embodiment, the electromagnetic radiation is ultraviolet (UV) radiation. In one specific illustrative embodiment, the UV radiation is "deep" UV radiation (deep ultra violet (DUV)) with a wavelength of 248 nm. In an illustrative embodiment, "deep" UV radiation is provided by a laser. In a specific embodiment, the laser is a Kr / F (248 nm) excimer laser. In another specific illustrative embodiment, UV radiation is "extreme" UV radiation (extreme ultraviolet E-UV (English extreme ultra violet - EUV)) with a wavelength of 10-121 nm. In a more specific embodiment, the exposure is performed with extreme UV radiation at a wavelength of about 13.5 nm. In another particular illustrative embodiment, electromagnetic radiation includes x-rays with a wavelength of 10 -3 -10 nm. In another specific illustrative embodiment, the electromagnetic radiation is gamma radiation with a wavelength of less than 10 -3 nm.
Не желая ограничиваться конкретной теорией, авторы настоящего изобретения полагают, что при экспонировании происходит деструкция полимерных цепей соединения полисахарида в пленке резиста с получением олигомеров, имеющих меньшую молекулярную массу и соответственно более высокую растворимость по сравнению с исходным соединением полисахарида.Without wishing to be bound by a particular theory, the present inventors believe that upon exposure, the destruction of the polymer chains of the polysaccharide compound in the resist film occurs to obtain oligomers having a lower molecular weight and, accordingly, higher solubility compared to the parent polysaccharide compound.
В одном варианте реализации после экспонирования пленку приводят в контакт с раствором переходного элемента для проявления экспонированных участков пленки. В конкретном варианте реализации проявление экспонированных участков пленки проводят раствором соли переходного элемента с получением на поверхности подложки маски резиста. Приготовление раствора соли переходного элемента осуществляют известными методами. В иллюстративном варианте реализации готовят раствор соли переходного элемента определенной концентрации, определяют рН раствора и при необходимости доводят рН до требуемого значения соответствующими способами. Не желая ограничиваться конкретной теорией, авторы настоящего изобретения полагают, что ионы переходных элементов, находящиеся в составе раствора проявителя, являются химически активными и взаимодействуют с пленкой соединения полисахарида с образованием хелатного комплекса. Такой хелатный комплекс является нерастворимым в воде и органических растворителях, так как протонируемые группы молекулы полисахарида являются занятыми ионами переходных элементов. Процесс проявления экспонированного резиста в целом построен на балансе между двумя конфликтующими процессами: растворением полимера (соединения полисахарида) и формированием нерастворимого комплекса соединения полисахарида с ионами переходного элемента. Оба процесса зависят от средней молекулярной массы соединения полисахарида, которая может быть локально изменена с помощью воздействия электромагнитным излучением (включая воздействие потоком электронов). За счет того, что в результате экспонирования соединения полисахарида происходит уменьшение молекулярной массы полимерных цепей, то их массы оказываются в таком диапазоне, при котором растворение преобладает над хелатированием. Неэкспонированная пленка, наоборот, в первую очередь взаимодействует с ионами переходного элемента, за счет чего становится нерастворимой. Таким образом, раствор переходного элемента действует в качестве ингибитора растворения.In one embodiment, after exposure, the film is contacted with a transition element solution to develop the exposed portions of the film. In a particular embodiment, the development of the exposed portions of the film is carried out with a solution of the transition element salt to obtain a resist mask on the surface of the substrate. The preparation of the salt solution of the transition element is carried out by known methods. In an illustrative embodiment, a solution of a salt of a transition element of a certain concentration is prepared, the pH of the solution is determined, and, if necessary, the pH is adjusted to the required value using appropriate methods. Without wishing to be bound by a particular theory, the inventors of the present invention believe that the transition element ions present in the developer solution are reactive and interact with the polysaccharide compound film to form a chelate complex. Such a chelate complex is insoluble in water and organic solvents, since the protonated groups of the polysaccharide molecule are occupied by ions of transition elements. The development of the exposed resist as a whole is based on a balance between two conflicting processes: dissolution of the polymer (polysaccharide compound) and the formation of an insoluble complex of the polysaccharide compound with transition element ions. Both processes depend on the average molecular weight of the polysaccharide compound, which can be locally altered by exposure to electromagnetic radiation (including exposure to electron flux). Due to the fact that as a result of exposure of the polysaccharide compound there is a decrease in the molecular weight of the polymer chains, their masses are in a range in which dissolution prevails over chelation. The unexposed film, on the contrary, primarily interacts with the ions of the transition element, due to which it becomes insoluble. Thus, the transition element solution acts as a dissolution inhibitor.
Другими словами, при экспонировании резиста на основе соединения полисахарида в экспонированных областях резиста происходит деструкция полимерных цепей соединения полисахарида, приводящая к уменьшению средней молекулярной массы полимерных цепей, в результате чего обработка резиста раствором проявителя приводит к растворению материала резиста только в экспонированных областях, а неэкспонированная пленка соединения полисахарида не растворяется. Авторы настоящего изобретения полагают, что отсутствие растворения неэкспонированного резиста обусловлено тем, что ионы переходных элементов в растворе проявителя хелатируют полимерные цепи соединений полисахарида, в результате чего при обработке пленки раствором проявителя наблюдается стабилизация неэкспонированной пленки соединений полисахарида и снижается скорость ее растворения.In other words, when the resist based on the polysaccharide compound is exposed in the exposed areas of the resist, the destruction of the polymer chains of the polysaccharide compound occurs, leading to a decrease in the average molecular weight of the polymer chains, as a result of which the treatment of the resist with a developer solution leads to the dissolution of the resist material only in the exposed areas, and the unexposed film polysaccharide compound does not dissolve. The authors of the present invention believe that the lack of dissolution of the unexposed resist is due to the fact that the ions of the transition elements in the developer solution chelate the polymer chains of the polysaccharide compounds, as a result of which, when the film is treated with the developer solution, the stabilization of the unexposed film of the polysaccharide compounds is observed and the rate of its dissolution decreases.
Для осуществления способа необходимо, чтобы при экспонировании материала резиста уменьшалась его средняя молекулярная масса, т.е. процесс деструкции полимерных цепей материала резиста превалировал над процессом сшивания полимерных цепей материала резиста между собой, и, кроме того, материал резиста должен характеризоваться повышением растворимости с уменьшением молекулярной массы. Также, материал резиста должен обладать способностью образовывать хелатный комплекс с ионами переходных элементов. Соответственно, для целей настоящего изобретения в качестве резиста подходящим является высокомолекулярный материал, обладающий указанной комбинацией свойств: уменьшение молекулярной массы при экспонировании, повышение растворимости с уменьшением молекулярной массы и способность образовывать хелатный комплекс с ионами переходных элементов. Соединения полисахаридов, используемые в настоящем изобретении, обладают указанной комбинацией свойств. Авторы настоящего изобретения полагают, что способность соединений полисахаридов образовывать хелатные комплексы с ионами переходных металлов обусловлена присутствием в молекулах соединений полисахаридов свободных функциональных групп, в частности аминогрупп, гидроксильных, карбоксильных групп.To implement the method, it is necessary that when the resist material is exposed, its average molecular weight decreases, i.e. the process of destruction of polymer chains of the resist material prevailed over the process of crosslinking of the polymer chains of the resist material with each other, and, in addition, the resist material should be characterized by an increase in solubility with a decrease in molecular weight. Also, the resist material must be capable of chelating with transition element ions. Accordingly, for the purposes of the present invention, a high molecular weight material is suitable as a resist having the specified combination of properties: a decrease in molecular weight upon exposure, an increase in solubility with a decrease in molecular weight, and the ability to form a chelate complex with ions of transition elements. The polysaccharide compounds used in the present invention exhibit this combination of properties. The authors of the present invention believe that the ability of polysaccharide compounds to form chelate complexes with transition metal ions is due to the presence in the molecules of polysaccharide compounds of free functional groups, in particular amino groups, hydroxyl, carboxyl groups.
Профиль проявленной экспонированной области можно охарактеризовать следующими параметрами: средняя остаточная толщина экспонированной области резиста относительно средней остаточной толщины неэкспонированной области резиста, форма экспонированной области после проявления, в частности угол наклона стенки относительно подложки.The profile of the developed exposed area can be characterized by the following parameters: the average residual thickness of the exposed resist area relative to the average residual thickness of the unexposed resist area, the shape of the exposed area after development, in particular the angle of inclination of the wall relative to the substrate.
В одном иллюстративном варианте реализации раствор соли переходного элемента является горячим (нагретым), т.е. имеет температуру, превышающую температуру окружающей среды, или холодным (охлажденным), т.е. имеет температуру ниже температуры окружающей среды. В одном иллюстративном варианте реализации применение холодного раствора соли переходного элемента для проявления экспонированного резиста обеспечивает повышение разрешения способа согласно настоящему изобретению. В другом иллюстративном варианте реализации применение горячего раствора соли переходного элемента для проявления экспонированного резиста обеспечивает повышение скорости реакции.In one illustrative embodiment, the transition element salt solution is hot (heated), i. E. has a temperature higher than the ambient temperature, or cold (chilled), i.e. has a temperature below the ambient temperature. In one illustrative embodiment, the use of a cold transition element salt solution to develop the exposed resist provides improved resolution of the method of the present invention. In another illustrative embodiment, the use of a hot junction salt solution to develop the exposed resist provides an increase in the reaction rate.
В одном варианте реализации после проявления проводят обработку подложки с нанесенной на нее маской резиста. Обработку подложки с нанесенной на нее маской резиста проводят известными методами. В одном иллюстративном варианте реализации обработку подложки с нанесенной на нее маской резиста проводят путем травления для удаления поверхностного слоя подложки на определенную глубину. В конкретном варианте реализации травление представляет собой жидкое травление. В более конкретном варианте реализации жидкое травление представляет собой обработку подложки жидкостью. В другом конкретном варианте реализации травление представляет собой сухое травление. В более конкретном варианте реализации сухое травление представляет собой ионное (ионно-плазменное) травление. В более конкретном варианте реализации сухое травление представляет собой обработку подложки плазмой.In one embodiment, after development, the substrate is treated with a resist mask applied thereto. The processing of the substrate with the resist mask applied to it is carried out by known methods. In one exemplary embodiment, the resist mask applied to the substrate is etched to remove the surface layer of the substrate to a specific depth. In a specific embodiment, the etching is a liquid etching. In a more specific embodiment, liquid etching is the treatment of a substrate with a liquid. In another specific embodiment, the etching is dry etching. In a more specific embodiment, dry etching is ionic (ion-plasma) etching. In a more specific embodiment, dry etching is plasma treatment of the substrate.
В другом иллюстративном варианте реализации обработку подложки с нанесенной на нее маской резиста проводят путем осаждения материала на подложку с нанесенной на нее маской резиста. В конкретном варианте реализации осаждение представляет собой напыление металла. В более конкретном варианте реализации осаждение представляет собой вакуумное напыление.In another illustrative embodiment, the treatment of a substrate with a resist mask applied thereto is performed by depositing a material onto a substrate with a resist mask applied thereto. In a specific embodiment, the deposition is metal sputtering. In a more specific embodiment, the deposition is vacuum deposition.
В другом иллюстративном варианте реализации обработку подложки с нанесенной на нее маской резиста проводят путем легирования. В другом иллюстративном варианте реализации обработку подложки с нанесенной на нее маской резиста проводят путем любой комбинации указанных методов обработки.In another illustrative embodiment, the resist mask applied to the substrate is doped. In another illustrative embodiment, the resist mask applied to the substrate is treated by any combination of these treatments.
В одном варианте реализации удаляют маску с поверхности подложки с получением рельефного рисунка (изображения) на подложке. Удаление маски с поверхности подложки с получением рельефного рисунка на подложке проводят известными методами. В одном иллюстративном варианте реализации удаление маски с поверхности подложки проводят путем обработки водой. В другом иллюстративном варианте реализации удаление маски с поверхности подложки проводят путем обработки раствором, не содержащим переходные элементы. В конкретном варианте реализации раствор, не содержащий переходные элементы, представляет собой раствор кислоты. В более конкретном варианте реализации раствор кислоты представляет собой раствор слабой кислоты. В еще более конкретном варианте реализации раствор кислоты представляет собой раствор муравьиной кислоты. В еще более конкретном варианте реализации раствор кислоты имеет концентрацию от 0,01 до 0,1% масс. или от 0,01 до 0,1% об. В другом конкретном варианте реализации раствор, не содержащий переходные элементы, представляет собой раствор соли, не являющейся солью переходного элемента. В более конкретном варианте реализации раствор, не содержащий переходные элементы, представляет собой раствор карбоната натрия, предпочтительно с концентрацией 100 мМ. При удалении маски резиста раствором кислоты происходит разрушение хелатного комплекса соединения полисахарида с ионами переходных элементов, обусловленное низкими значениями рН (кислая среда), что приводит к растворению пленки резиста. При удалении маски резиста водой происходит диффузия ионов переходных элементов в воду, в результате чего хелатный комплекс соединения полисахарида разрушается, и пленка соединения полисахарида растворяется. Указанная обработка подложки с нанесенной на нее маской позволяет обеспечить быстрое и полное удаление маски резиста с поверхности подложки с получением рельефного рисунка на подложке высокого разрешения.In one embodiment, the mask is removed from the surface of the substrate to produce an embossed pattern (image) on the substrate. Removing the mask from the surface of the substrate to obtain a relief pattern on the substrate is carried out by known methods. In one illustrative embodiment, removal of the mask from the surface of the substrate is performed by treatment with water. In another illustrative embodiment, removal of the mask from the surface of the substrate is performed by treatment with a solution that does not contain transition elements. In a specific embodiment, the solution free of transition elements is an acid solution. In a more specific embodiment, the acid solution is a weak acid solution. In an even more specific embodiment, the acid solution is a formic acid solution. In an even more specific embodiment, the acid solution has a concentration of 0.01 to 0.1 wt%. or from 0.01 to 0.1% vol. In another specific embodiment, the transition-free solution is a non-transition salt solution. In a more specific embodiment, the solution free of transition elements is sodium carbonate solution, preferably at a concentration of 100 mM. When the resist mask is removed with an acid solution, the chelate complex of the polysaccharide compound with transition element ions is destroyed due to low pH values (acidic environment), which leads to the dissolution of the resist film. When the resist mask is removed with water, the ions of the transition elements are diffused into the water, as a result of which the chelate complex of the polysaccharide compound is destroyed, and the film of the polysaccharide compound is dissolved. The specified processing of the substrate with the mask applied to it makes it possible to ensure quick and complete removal of the resist mask from the surface of the substrate to obtain a relief pattern on the substrate of high resolution.
Одним из неограничивающих примеров комбинации условий, при которых одновременно удается получать высокий контраст, полное удаление экспонированных областей и минимальное удаление неэкспонированных областей, а также обеспечить возможность взрывной литографии является следующая совокупность стадий:One of the non-limiting examples of a combination of conditions under which it is possible to simultaneously obtain high contrast, complete removal of exposed areas and minimal removal of unexposed areas, as well as provide the possibility of explosive lithography, is the following set of stages:
- приведение пленки соединения хитозана в контакт с примерно 400 мМ водным раствором NiCl2 в течение примерно 5 минут при pH примерно 5,5;- bringing the chitosan compound film into contact with about 400 mM aqueous solution of NiCl 2 for about 5 minutes at a pH of about 5.5;
- приведение пленки соединения хитозана в контакт с примерно 400 мМ водным раствором NiSO4 в течение примерно 5 минут при pH примерно 5,5;- bringing the chitosan compound film into contact with about 400 mM NiSO 4 aqueous solution for about 5 minutes at a pH of about 5.5;
- промывку водой в течение примерно 30 секунд.- rinsing with water for about 30 seconds.
В целом, на основе описанных здесь закономерностей, специалист в данной области техники сможет подобрать подходящие условия проведения предложенных способов в зависимости от поставленной задачи.In general, based on the patterns described here, a person skilled in the art will be able to select suitable conditions for carrying out the proposed methods, depending on the task at hand.
Далее приведены примеры реализации настоящего изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается представленными примерами.The following are examples of implementation of the present invention. The present invention is not limited to the presented examples.
ПримерыExamples of
Общая методикаGeneral methodology
Получение пленкиGetting the film
Соединение полисахарида растворяли в деионизованной воде или MQ воде с получением раствора определенной концентрации (от 1 до 10% в зависимости от молекулярной массы полисахарида и катиона соединения полисахарида: чем ниже молекулярная масса, тем выше должна быть концентрация раствора для достижения достаточной вязкости). Для каждого конкретного соединения полисахарида определенной молекулярной массы необходимо подбирать концентрацию раствора для обеспечения надлежащей толщины пленки при определенных условиях вращения и размера подложки. Затем полученный раствор наносили на подложку из диоксида кремния толщиной 5 мм с помощью спин-коатера при скорости вращения 3500 об/мин с ускорением 3500 об/(мин*с) с получением пленки из соединения полисахарида определенной толщины. В некоторых случаях раствор для нанесения пленки перед нанесением на подложку дополнительно фильтровали для удаления примесей: путем центрифугирования при 13200 об/мин (15000 g) в течение 10 мин, центрифугирования в пробирке с фильтром 100 нм или фильтрования через шприцевый фильтр 200 нм. Было обнаружено, что хранение раствора в течение нескольких месяцев перед нанесением пленки не влияет на свойства резиста, а только приводит к изменению вязкости раствора, что может привести к получению пленки ненадлежащей толщины. Старение сухой пленки с другой стороны может существенно влиять на процессы проявления и взрывной литографии.The polysaccharide compound was dissolved in deionized water or MQ water to obtain a solution of a certain concentration (from 1 to 10%, depending on the molecular weight of the polysaccharide and the cation of the polysaccharide compound: the lower the molecular weight, the higher the concentration of the solution must be to achieve sufficient viscosity). For each specific polysaccharide compound of a specific molecular weight, it is necessary to select the concentration of the solution to ensure the proper film thickness under the specified rotation conditions and substrate size. Then the resulting solution was applied to a 5 mm thick silica substrate using a spincoater at a rotation speed of 3500 rpm with an acceleration of 3500 rpm / (min * s) to obtain a film of a polysaccharide compound of a certain thickness. In some cases, the film deposition solution was additionally filtered before being applied to the substrate to remove impurities: by centrifugation at 13,200 rpm (15,000 g) for 10 min, centrifugation in a test tube with a 100 nm filter, or filtration through a 200 nm syringe filter. It has been found that storing the solution for several months prior to film application does not affect the properties of the resist, but only changes the viscosity of the solution, which can result in an improper film thickness. Dry film aging, on the other hand, can significantly affect development and explosive lithography.
ЭкспонированиеExposure
Далее подложку с нанесенной пленкой подвергали экспонированию потоком электронов или электромагнитным излучением. Экспонирование потоком электронов проводили с помощью системы электронной литографии. Ускоряющее напряжение поддерживали постоянным при значении 50 кВ. Токи пучка были в диапазоне 50 пА до 10 нА, что в комбинации с изменением времени облучения позволило обеспечить дозы экспонирования в диапазоне от 20 до 15000 Кл/см2. Экспонирование электромагнитным излучением ультрафиолетового диапазона (глубокий ультрафиолет) проводили с помощью фемтосекундного криптон-фторового лазера Kr/F (248 нм), работающего при плотности энергии 20 мДж/см2.Next, the substrate with the applied film was exposed to an electron flow or electromagnetic radiation. Electron beam exposure was performed using an electron lithography system. The accelerating voltage was kept constant at 50 kV. The beam currents were in the range of 50 pA to 10 nA, which, in combination with a change in the irradiation time, made it possible to provide exposure doses in the range from 20 to 15000 C / cm 2 . Exposure to electromagnetic radiation in the ultraviolet range (deep ultraviolet) was performed using a Kr / F (248 nm) krypton-fluorine femtosecond laser operating at an energy density of 20 mJ / cm 2 .
Проявление.Manifestation.
После экспонирования проводили проявление пленки в чашках Петри, закрепленных на орбитальном шейкере, работающем со скоростью 200 об/мин. Все испытания проводили при температуре 22°С.After exposure, the film was developed in Petri dishes mounted on an orbital shaker operating at 200 rpm. All tests were carried out at 22 ° C.
Осаждение металла.Metal deposition.
Осаждение проводили путем вакуумного напыления слоя титана Ti толщиной 1 нм (нижний слой) и слоя палладия Pd толщиной 11 нм (верхний слой) на подложку с нанесенной маской резиста.The deposition was carried out by vacuum deposition of a
Удаление неэкспонированной пленки и взрывная литографияRemoval of unexposed film and explosive lithography
Удаление неэкспонированной пленки резиста проводили сильно разбавленным раствором (с концентрацией 0,1%) муравьиной кислоты, деионизованной водой или раствором карбоната натрия Na2CO3 с концентрацией 100 мМ. Следует отметить, что изменение ионной водной среды существенно влияет на процесс проявления, и, следовательно, раствор проявителя следует готовить непосредственно перед проявлением.The unexposed resist film was removed with a highly diluted solution (with a concentration of 0.1%) of formic acid, deionized water, or a solution of sodium carbonate Na 2 CO 3 with a concentration of 100 mM. It should be noted that changing the ionic aqueous medium significantly affects the development process, and, therefore, the developer solution should be prepared immediately before development.
МикроскопияMicroscopy
Для характеризации стадий описанного способа использовали оптический микроскоп Leica. Для анализа морфологии, толщины, формы экспонированных областей, чистоты дна, механических свойств пленки после различных типов обработки использовали атомно-силовой микроскоп Bruker Multimode V8 в режимах Scan-Asist-Air и PeakForce-HR. Использовали мягкие наконечники с константой жесткости k = 0,4 Н/м.A Leica optical microscope was used to characterize the steps of the described method. To analyze the morphology, thickness, shape of the exposed areas, bottom cleanliness, and mechanical properties of the film after various types of treatment, a Bruker Multimode V8 atomic force microscope was used in the Scan-Asist-Air and PeakForce-HR modes. Used soft tips with a stiffness constant k = 0.4 N / m.
Некоторые из испытаний, проведенных в соответствии с описанной выше методикой, более подробно описаны ниже.Some of the tests carried out in accordance with the above procedure are described in more detail below.
Пример 1Example 1
Готовили раствор формиата хитозана 165 кДа в воде, наносили на подложку в виде пленки и экспонировали пленку УФ излучением по определенному шаблону. Проявление проводили в две стадии: сначала водным раствором NiCl2 (400 мМ, рН 5,5, 5 мин), затем водным раствором Ni2SO4 (400 мМ, рН 5,5, 5 мин). После проявления проводили промывку водой в течение 30 с и напыляли металл. Удаление неэкспонированной пленки проводили 0,1% раствором муравьиной кислоты. Полученная с помощью оптического микроскопа фотография сформированного изображения на подложке представлена на фиг. 1(b). A solution of 165 kDa chitosan formate in water was prepared, applied to a substrate in the form of a film, and the film was exposed to UV radiation according to a specific pattern. The development was carried out in two stages: first with an aqueous solution of NiCl 2 (400 mM, pH 5.5, 5 min), then with an aqueous solution of Ni 2 SO 4 (400 mM, pH 5.5, 5 min). After development, water was washed for 30 seconds and metal was sprayed. The unexposed film was removed with a 0.1% formic acid solution. A photograph of the formed image on a substrate obtained with an optical microscope is shown in FIG. 1 (b).
Пример 2Example 2
Аналогично примеру 1, в котором вместо формиата хитозана 165 кДа использовали ацетат хитозана 65 кДа и экспонирование проводили потоком электронов. Полученная с помощью оптического микроскопа фотография структуры на подложке представлена на фиг. 1(b).Analogously to example 1, in which, instead of 165 kDa chitosan formate, 65 kDa chitosan acetate was used and the exposure was performed with an electron flow. A photograph of the structure on a substrate obtained with an optical microscope is shown in FIG. 1 (b).
Пример 3Example 3
Аналогично примеру 2, в котором проявление проводили раствором NiCl2 400 мМ с разным рН (5,0, 5,5, 6,0, 6,5, 7,0, 7,5) в течение 10 мин. Дозовые тесты для каждого рН представлены на фиг. 9, и данные, полученные в результате анализа этих тестов, представлены в виде графика на фиг. 2(b). Из графика видно, что при рН раствора проявителя менее 5 наблюдается растворение экспонированного и неэкспонированного резиста даже при совсем маленькой дозе экспонирования, что обусловлено отдачей ионов переходного элемента, хелатирующего соединение полисахарида, из неэкспонированной пленки, что приводит к растворению неэкспонированного резиста. При рН более 7,5 в условиях проведения испытания прекращается растворение экспонированного резиста. Как видно из графика, при рН 6,5 и более для обеспечения его полного проявления за приемлемое время требуются более высокие дозы излучения при экспонировании, чем при более низком рН.Analogously to example 2, in which the development was carried out with a solution of
Пример 4Example 4
Аналогично примеру 2, в котором проявление проводили в течение 5 мин водным раствором NiCl2 с рН 5,5 с разными концентрациями: 5, 10, 25, 60, 90, 200, 500, 900, 5000 и 9000 мМ. Данный пример иллюстрируется графиком на фиг. 2(d). Из графика видно, что с повышением концентрации переходного элемента в растворе проявителя контраст резиста повышается. Для обеспечения полного удаления материала резиста из экспонированной области и отсутствия растворения материала резиста в неэкспонированной области контраст резиста должен быть 0,6 или более. Как видно из графика, такие значения контраста обеспечиваются при концентрации раствора проявителя 60 мМ или более.Analogously to example 2, in which the development was carried out for 5 minutes with an aqueous solution of NiCl 2 with pH 5.5 with different concentrations: 5, 10, 25, 60, 90, 200, 500, 900, 5000 and 9000 mM. This example is illustrated by the graph in FIG. 2 (d). The graph shows that with an increase in the concentration of the transition element in the developer solution, the contrast of the resist increases. To ensure complete removal of the resist material from the exposed area and the absence of dissolution of the resist material in the unexposed area, the resist contrast should be 0.6 or more. As can be seen from the graph, such contrast values are provided at a developer solution concentration of 60 mM or more.
Пример 5Example 5
Аналогично примеру 2, в котором использовали ацетат хитозана 700 кДа. Оптические фотографии полученных в результате взрывной литографии структур на подложке представлены на фиг. 3(а) и 3(с). На фиг. 3(а) представлены структуры, полученные в дозовом тесте, в котором доза экспонирования возрастает от левого нижнего угла к правому верхнему, при этом вдоль вертикали доза меняется медленно, вдоль горизонтали - быстро. Видно, что при изменении дозы получены почти одинаковые результаты. На фиг. 3(с) показаны минимальные размеры элементов на подложке, которые можно получить в указанных условиях проведения процесса.Analogously to example 2, in which chitosan acetate 700 kDa was used. Optical photographs of the structures on the substrate obtained as a result of explosive lithography are shown in FIG. 3 (a) and 3 (c). FIG. 3 (a) shows the structures obtained in the dose test, in which the exposure dose increases from the lower left corner to the upper right corner, while the dose changes slowly along the vertical, and quickly along the horizontal. It can be seen that when the dose was changed, almost the same results were obtained. FIG. 3 (c) shows the minimum dimensions of the elements on the substrate that can be obtained under the specified process conditions.
Пример 6Example 6
Аналогично примеру 2, в котором использовали ацетат хитозана 700 кДа, проявление проводили раствором хлорида никеля с концентрацией 2500 мМ. Полученные в результате взрывной литографии структуры показаны на фиг. 3(b). Видно, что при проявлении раствором переходного элемента высокой концентрации можно достичь высокого разрешения сформированного на подложке изображения.Similarly to example 2, in which chitosan acetate 700 kDa was used, the development was carried out with a solution of nickel chloride with a concentration of 2500 mm. The resulting explosive lithography structures are shown in FIG. 3 (b). It can be seen that when the solution of the high concentration transition element is developed, it is possible to achieve a high resolution of the image formed on the substrate.
Пример 7Example 7
Аналогично примеру 2, в котором использовали ацетат хитозана 700 кДа и наносили пленки толщиной 90 и 200 нм. Оптические фотографии структур, полученных на подложке в результате взрывной литографии в дозовом тесте, представлены на фиг. 4. Видно, что при толщине пленки 200 нм края изображения на подложке неровные и нечеткие.Analogously to example 2, in which chitosan acetate 700 kDa was used and films with a thickness of 90 and 200 nm were applied. Optical photographs of structures obtained on a substrate as a result of explosive lithography in a dose test are shown in Fig. 4. It can be seen that at a film thickness of 200 nm, the edges of the image on the substrate are uneven and indistinct.
Пример 8Example 8
Аналогично примеру 2, в котором для нанесения пленок использовали ацетат хитозана разной молекулярной массы: 20, 65, 165, 200 и 700 кДа. Для каждой молекулярной массы проводили стандартный дозовый тест с изменением дозы экспонирования в низком (25-750 мкКл/см2, ток 50 пА) и высоком (500-15000 мкКл/см2, ток 10 нА) диапазоне. Полученные данные представлены на фиг. 5. Как видно, молекулярная масса соединения полисахарида практически не влияет на свойства соединения полисахарида как резиста. Analogously to example 2, in which chitosan acetate of different molecular weights was used for film deposition: 20, 65, 165, 200, and 700 kDa. For each molecular weight, a standard dose test was performed with a change in the exposure dose in the low (25-750 μC / cm 2 , current 50 pA) and high (500-15000 μC / cm 2 , current 10 nA) ranges. The data obtained are shown in FIG. 5. As can be seen, the molecular weight of the polysaccharide compound practically does not affect the properties of the polysaccharide compound as a resist.
Пример 9Example 9
Аналогично примеру 2, в котором наносили пленки разных соединений хитозана одинаковой молекулярной массы 165 кДа: ацетата, формиата, гликолята, лактата, сукцината хитозана и карбоксиметилхитозана. Полученные данные представлены на фиг. 6. Видно, что все исследованные соединения хитозана позволяют обеспечить однородную пленку и полное удаление экспонированного резиста в результате проявления и отсутствие растворения неэкспонированного. В случае формиата требуется более продолжительное время для приготовления раствора. В случае сукцината хитозана и карбоксиметилхитозана наблюдается достаточно быстрое растворение пленки в воде даже после хелатирования, поэтому нужно регулировать время промывки водой после проявления.Analogously to example 2, in which films of different chitosan compounds of the same molecular weight of 165 kDa were applied: acetate, formate, glycolate, lactate, chitosan succinate, and carboxymethylchitosan. The data obtained are shown in FIG. 6. It can be seen that all the studied compounds of chitosan make it possible to provide a homogeneous film and complete removal of the exposed resist as a result of the development and absence of dissolution of the unexposed one. In the case of formate, it takes a longer time to prepare the solution. In the case of chitosan succinate and carboxymethylchitosan, a rather rapid dissolution of the film in water is observed even after chelation; therefore, it is necessary to adjust the time of washing with water after development.
Пример 9Example 9
Готовили раствор ацетата хитозана 65 кДа в воде и наносили на подложку в виде пленок. Проводили исследование влияния чистоты раствора соединения полисахарида на морфологию полученных в результате пленок. В первом случае раствор перед нанесением не подвергали дополнительной очистке, во втором случае раствор перед нанесением центрифугировали при 13200 об/мин (15000 g) в течение 10 мин, в третьем случае -центрифугировали в пробирке с фильтром с диаметром пор 100 нм, и в четвертом случае фильтровали через шприцевый фильтр 200 нм. Фотографии пленок, полученных из указанных растворов, представлены на фиг. 7. Как видно, пленка из ацетата хитозана, полученная из фильтрованного через шприцевый фильтр с диаметром пор 200 нм раствора, характеризуется наиболее высокой однородностью и минимальным количеством дефектов. Соответственно, удаление примесей размером до 200 нм из раствора соединения хитозана перед нанесением его на подложку позволяет получить более однородную пленку, чем без дополнительной очистки.A solution of 65 kDa chitosan acetate in water was prepared and applied to a substrate in the form of films. A study was made of the effect of the purity of the polysaccharide compound solution on the morphology of the resulting films. In the first case, the solution was not subjected to additional purification before application; in the second case, the solution was centrifuged at 13200 rpm (15000 g) for 10 min before application, in the third case, it was centrifuged in a test tube with a filter with a pore diameter of 100 nm, and in the fourth case. the case was filtered through a 200 nm syringe filter. Photographs of films obtained from these solutions are shown in FIG. 7. As can be seen, the chitosan acetate film obtained from the solution filtered through a syringe filter with a pore diameter of 200 nm is characterized by the highest homogeneity and the minimum number of defects. Accordingly, the removal of impurities up to 200 nm in size from the solution of the chitosan compound prior to its deposition on the substrate makes it possible to obtain a more uniform film than without additional purification.
Пример 10Example 10
Аналогично примеру 2, в котором использовали ацетат хитозана 700 кДа, напыляли металл толщиной 20 нм и в качестве проявителей использовали следующие растворы солей переходных элементов одинаковой концентрации 400 мМ и рН 5,5: хлорида, нитрата, ацетата, сульфата и формиата никеля, сульфата меди, ацетата кобальта отдельно или в комбинации с поверхностно-активным веществом (Triton Х-100), соли Мора. Проявление проводили в течение 5 мин. Полученные результаты представлены на фиг. 8. Видно, что только с формиатом никеля не удалось добиться полного удаления резиста из экспонированной области в указанных условиях, тогда как применение для проявления растворов остальных солей переходных элементов позволило обеспечить селективное удаление экспонированного резиста при отсутствии растворения неэкспонированного с последующим получением изображения на подложке с высоким разрешением. Однако в случае проявления раствором формиата никеля возможно подобрать такие условия, которые смогут обеспечить получение четкого рисунка на подложке после удаления всего резиста.Similarly to example 2, in which chitosan acetate 700 kDa was used, a metal with a thickness of 20 nm was sprayed and the following solutions of salts of transition elements with the same concentration of 400 mM and pH 5.5 were used as developers: chloride, nitrate, acetate, sulfate and formate of nickel, copper sulfate , cobalt acetate alone or in combination with a surfactant (Triton X-100), Mohr's salt. Development was carried out for 5 minutes. The results are shown in FIG. 8. It can be seen that only with nickel formate it was not possible to achieve complete removal of the resist from the exposed region under the indicated conditions, while the use of solutions of the remaining salts of transition elements for the development of solutions made it possible to selectively remove the exposed resist in the absence of dissolution of the unexposed one, followed by obtaining an image on a substrate with a high resolution. However, in the case of development with a solution of nickel formate, it is possible to select such conditions that can provide a clear pattern on the substrate after removing all the resist.
Пример 11Example 11
Аналогично примеру 2, в котором использовали ацетат хитозана 700 кДа и после проявления (а) промывку не проводили, (b) промывали водой в течение 30 секунд, (с) промывали водой в течение 10 минут. Полученные данные представлены на фиг. 10. Как видно, в случае длительной промывки водой (10 мин) после проявления наблюдается большое отклонение проявленной структуры от экспонированного шаблона, поскольку происходит вымывание из пленки неэкспонированного резиста ионов переходных элементов, хелатирующих молекулы соединений полисахаридов, и, соответственно, растворение неэкспонированных областей.Similarly to example 2, in which chitosan acetate 700 kDa was used and after development (a) washing was not performed, (b) washed with water for 30 seconds, (c) washed with water for 10 minutes. The data obtained are shown in FIG. 10. As can be seen, in the case of prolonged washing with water (10 min) after development, a large deviation of the developed structure from the exposed template is observed, since the unexposed resist ions of transition elements chelating the molecules of polysaccharide compounds are washed out from the film, and, accordingly, the unexposed regions dissolve.
Пример 12Example 12
Аналогично примеру 2, в котором проявление проводили (а) раствором хлорида никеля 5 мМ и рН 5,5 в течение 5 мин, (b) 2500 мМ и рН 5,5 в течение 5 мин, (c) только раствором хлорида никеля 400 мМ в течение 10 мин или (d) последовательно раствором хлорида никеля 400 мМ и рН 5,5 в течение 5 мин и раствором сульфата никеля 400 мМ в течение 5 мин. Полученные данные представлены на фиг. 11, из которой видно, что повышение концентрации иона переходного элемента в составе раствора проявителя (с 5 мМ на графике (а) до 2500 мМ на графике (b)) и изменение аниона в растворе проявителя (только хлорид-ион на графике (с) и комбинация хлорид-иона и сульфат-иона на графике (d)) приводит к повышению контраста резиста.Similar to example 2, in which the development was carried out (a) with a solution of
Пример 13 Example 13
Аналогично примеру 2, в котором использовали сукцинат хитозана 165 кДа и удаление неэкспонированной пленки проводили водой. Наблюдали полное удаление резиста в течение 1 мин с получением на подложке структуры высокого разрешения.Analogously to example 2, in which
Пример 14 Example 14
Аналогично примеру 2, в котором использовали карбоксиметилхитозан и удаление неэкспонированной пленки проводили водой. Наблюдали полное удаление резиста в течение 1 мин с получением на подложке структуры высокого разрешения.Analogously to example 2, in which carboxymethylchitosan was used and the unexposed film was removed with water. Complete removal of the resist was observed within 1 min to obtain a high resolution structure on the substrate.
Claims (55)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019136760A RU2738112C1 (en) | 2019-11-15 | 2019-11-15 | Use of polysaccharide compound in lithography |
PCT/RU2020/050325 WO2021096394A2 (en) | 2019-11-15 | 2020-11-13 | Use of chitosan compound in lithography |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019136760A RU2738112C1 (en) | 2019-11-15 | 2019-11-15 | Use of polysaccharide compound in lithography |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2738112C1 true RU2738112C1 (en) | 2020-12-08 |
Family
ID=73792451
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019136760A RU2738112C1 (en) | 2019-11-15 | 2019-11-15 | Use of polysaccharide compound in lithography |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2738112C1 (en) |
WO (1) | WO2021096394A2 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2145156C1 (en) * | 1999-02-09 | 2000-01-27 | Нижегородский государственный технический университет | Method for fabrication of structures in microelectronics |
WO2016162638A1 (en) * | 2015-04-09 | 2016-10-13 | Universite Claude Bernard Lyon I | Use of chitosan or alginate as a transfer mask in lithography and transfer methods |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8889245B2 (en) * | 2010-06-29 | 2014-11-18 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Three-dimensional nanostructures and method for fabricating the same |
US9760009B2 (en) * | 2011-05-13 | 2017-09-12 | Clarkson University | Cross-linked polymer based hydrogel material compositions, methods and applications |
SI2784586T1 (en) * | 2013-03-27 | 2015-11-30 | UNIVERZA V MARIBORU Fakulteta za Strojništvo | Multidimensionally photopatterned substrates on the basis of monosaccharide derivatives, their oligomers and their polymers and a method of production thereof |
JP6352853B2 (en) * | 2014-10-02 | 2018-07-04 | 信越化学工業株式会社 | Silicone skeleton-containing polymer compound and production method thereof, chemically amplified negative resist material, photocurable dry film and production method thereof, pattern formation method, laminate, and substrate |
-
2019
- 2019-11-15 RU RU2019136760A patent/RU2738112C1/en active
-
2020
- 2020-11-13 WO PCT/RU2020/050325 patent/WO2021096394A2/en active Application Filing
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2145156C1 (en) * | 1999-02-09 | 2000-01-27 | Нижегородский государственный технический университет | Method for fabrication of structures in microelectronics |
WO2016162638A1 (en) * | 2015-04-09 | 2016-10-13 | Universite Claude Bernard Lyon I | Use of chitosan or alginate as a transfer mask in lithography and transfer methods |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
S. Voznesenskiy et al. "Study of Biopolymer Chitosan as Resist for Submicron Electronic Lithography", Solid State Phenomena, Vol. 213 (2014), pp. 180-185. M. Caillau et al. "Fifty nanometer lines patterned into silica using water developable chitosan bioresist and electron beam lithography", Journal of Vacuum Science & Technology B, 35, 06GE01 (2017). Kim S. et al. "All-water-based electron-beam lithography using silk as a resist", Nature Nanotechnology, volume 9, pages 306-310 (2014). * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2021096394A3 (en) | 2021-07-08 |
WO2021096394A2 (en) | 2021-05-20 |
WO2021096394A4 (en) | 2021-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI351582B (en) | Photoresist | |
WO2012111694A1 (en) | Method for producing substrate having surface nanostructure | |
KR101936566B1 (en) | Composition for forming overlay film, and resist pattern formation method using same | |
JP2004184648A (en) | Rinse liquid for lithography, and method for resist pattern formation using same | |
CN102150085B (en) | Substrate treating solution and method employing the same for treating a resist substrate | |
JP2018117132A (en) | Manufacturing method of nanolithography mask | |
JP3026188B2 (en) | Electron beam resist, method of forming resist pattern, and method of forming fine pattern | |
WO2018196320A1 (en) | Water-soluble negative electron beam photoresist and imaging method thereof | |
KR20150125694A (en) | Fine resist pattern-forming composition and pattern forming method using same | |
EP4354223A1 (en) | Photolithography method based on bilayer photoresist | |
RU2738112C1 (en) | Use of polysaccharide compound in lithography | |
KR101820310B1 (en) | Thinner composition for cleaning photoresist coater | |
JP5321415B2 (en) | Resist pattern thickening material, semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR101385367B1 (en) | Resist pattern improving material, method for forming resist pattern, method for producing semiconductor device, and semiconductor device | |
KR100512544B1 (en) | Method for developing, method for forming pattern, and method for fabricating photomask or semiconductor device using the same | |
JP3779882B2 (en) | Development method, pattern formation method, photomask manufacturing method using these, and semiconductor device manufacturing method | |
JP2018537703A (en) | Composition for forming fine resist pattern and pattern forming method using the same | |
JP2867509B2 (en) | Method of forming resist pattern | |
JP7126338B2 (en) | Method for producing resin and method for producing structure containing phase separation structure | |
JP7300241B2 (en) | Method for producing resin and method for producing structure containing phase separation structure | |
TW581931B (en) | Composition for positive type photoresist | |
JP2008159754A (en) | Pattern forming method | |
FR2470402A1 (en) | COMPOSITE STRUCTURE OF RESERVE MATERIAL AND METHOD FOR IMPLEMENTING THE SAME | |
JP2011154265A (en) | Radiation-sensitive resist composition and pattern forming method | |
KR20220060515A (en) | Method of manufacturing transfer mask and developer |