pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2016-7-1-7-13pimi-244Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsСКЛЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ МИКРОТВЕРДОСТИ ПЛЕНОК ФОТОРЕЗИСТА НА КРЕМНИИMEASUREMENT OF MICROHARDNESS OF PHOTORESIST FILMS ON SILICON BY THE SCRATCHING METHODБринкевичД. И.BrinkevichD. I.prosolovich@bsu.byПросоловичВ. С.ProsolovichV. S.

Адрес для переписки: Просолович В.С. Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь e-mail: prosolovich@bsu.by

Address for correspondence: Prosolovich V.S. Belarusian State University, Nezavisimosti Ave., 4, 220030, Minsk, Belarus e-mail: prosolovich@bsu.by

prosolovich@bsu.byЯнковскийЮ. Н.YankovskiYu. N.prosolovich@bsu.byВабищевичС. А.VabishchevichS. A.prosolovich@bsu.byВабищевичН. В.VabishchevichN. V.prosolovich@bsu.byГайшунВ. Е.GaishunV. E.prosolovich@bsu.byБелорусский государственный университетБеларусьBelarusian State UniversityBelarusПолоцкий государственный университетБеларусьPolotsk State UniversityBelarusГомельский государственный университет им. Франциска СкориныБеларусьFrancysk Skaryna Homiel State UniversityBelarus201606062016717784Copyright © Бринкевич Д.И., Просолович В.С., Янковский Ю.Н., Вабищевич С.А., Вабищевич Н.В., Гайшун В.Е., 20162016Бринкевич Д.И., Просолович В.С., Янковский Ю.Н., Вабищевич С.А., Вабищевич Н.В., Гайшун В.Е.Brinkevich D.I., Prosolovich V.S., Yankovski Y.N., Vabishchevich S.A., Vabishchevich N.V., Gaishun V.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/244

В последние годы интенсивно разрабатываются новые виды резистов для нанои субмикронной литографии современной электроники. В качестве перспективных материалов для резистов рассматриваются различные полимерные композиции на основе термически и механически стойких полимеров. Целью настоящей работы являлось изучение возможности применения методов микроиндентирования и склерометрии для исследования микротвердости пленок полимерного резиста, нанесенного на пластины монокристаллического кремния различных марок. В качестве примера использовались пленки позитивного диазохинон-новолачного фоторезиста толщиной 1,0–5,0 мкм, которые наносились на пластины кремния различных марок методом центрифугирования. Проведен сравнительный анализ методов индентирования и склерометрии для измерения микротвердости структур фоторезисткремний. Показано, что метод царапания ребром четырехгранной алмазной пирамиды (метод склерометрии) пригоден для измерения микротвердости фоторезистивных пленок толщиной от 1,0 мкм, в то же время метод индентирования нельзя использовать для измерений тонких (h = 1,0–2,5 мкм) пленок фоторезиста. Установлено, что при использовании нагрузки Р = 1–2 г более точные, независящие от величины нагрузки, значения микротвердости дает метод склерометрии. Метод микроиндентирования дает заниженные на 20–40 % значения микротвердости, зависящие к тому же от величины нагрузки. Увеличение нагрузки до 10 и более грамм приводит к нивелированию указанных различий  – значения микротвердости, полученные обоими методами, совпадают. Облучение фоторезистивных пленок также приводит, вследствие изменения структуры пленок, к сближению значений прочностных характеристик, полученных методом склерометрии и методом индентирования. 

In recent years new types of resist for nano and submicronic lithography are intensively developed. As perspective materials for resist various polymeric compositions on a basis thermally and mechanically resistant polymers are considered. The purpose of the real work was studying of possibility of application of a microindentation and scratching methods for research of strength properties of films of the polymeric resist applied on plates of single-crystal silicon. As an example films of positive diazoquinonenovolak photoresist 1,0–5,0 μm thick which were applied on plates of silicon of various brands with a centrifugation method were used. The comparative analysis of an microindentation and scratching methods for microhardness measurement of structures photoresist-silicon is carried out. It is shown that the scratching an edge of a tetrahedral diamond pyramid (a scratching method) is suitable for microhardness measurement of resistive films from 1,0 μm thick, at the same time the method of an microindentation can’t be used for measurements thin (h = 1,0–2,5 μm) photoresist films. When using the load P = 1–2 g, more accurate values of microhardness gives the scratching method. Value of the microhardness determined by a scratching method is 20–40 % more than value of the microhardness received by a microindentation method. The increase in loading to 10 g leads to leveling of the specified distinctions – the values of a microhardness received by both methods coincide. Radiation of resistive films changed the structure of resist films. It is results to correlation of microhardness values given on measurement as by a scratching method, and by an indentation method. 

фоторезисткремнийсклерометрияиндентированиемикротвердостьphotoresistsiliconscratchingindentationmicrohardnessReferencesМоро, У. Микролитография. Принципы, методы, материалы. В 2-х ч. Ч. 2 / У. Моро – М. : Мир, 1990. – 632 с.Moreau W.M. Semiconductor lithography. Principles, practices and materials. N.Y., London, Plenum Press, 1988, 952 рр.Булгакова, С.А. Химически усиленные резисты для литографии высокого разрешения / С.А. Булгакова [и др.] // Микроэлектроника. – 2013. – Т. 42, № 3. – С. 206–217.Bulgakova S.A., Jons M.M., Pestov A.E., Toropov M.N., Chkhalo N.I., Gusev S.A., Skorokhodov E.V., Salashchenko N.N. Chemically amplified resists for highresolution lithography. Russian Microelectronics, 2013, vol. 42, no. 3, pp. 165–175.Рау, Э.И. Комплексные исследования эффектов зарядки полимерного резиста (ПММА) при электронной литографии / Э.И. Рау [и др.] // Микроэлектроника. – 2013. – Т. 42, № 2. – С. 116–126.Rau E.I., Evstaf’eva E.N., Zaitsev S.I., Knyazev M.A., Svintsov A.A., Tatarintsev A.A. Complex investigations of effects of charging a polymer resist (PMMA) during electron lithography. Russian Microelectronics. 2013. vol. 42, no. 2, pp. 89–98.Генцелев, А.Н. Исследование влияния синхротронного излучения на термофизические параметры рентгенорезиста ПММА /А.Н. Генцелев [и др.] // Поверхность. – 2012. – № 1. – С. 14–20.Gentselev A.N., Gol’denberg B.G., Petrova E.V., Pindyurin V.F., Kozlov A.S. A Study of the Effect of Synchrotron Radiation Exposure on the Thermophysical Parameters of the PMMA X_Ray Resist. Journal of Surface Investigation, 2012, vol. 6, no. 1, pp. 12–18.Назьмов, В.П. Абляция политетрафторэтилена под воздействием синхротронного излучения при формировании микроструктур с высоким аспектным отношением / В.П. Назьмов [и др.] // Поверхность. – 2001. – № 3. – С. 10–14.Naz’mov V.P., Mezentseva L.A., Pindyurin V.F., Istomin V.E., [Abljatsija politetraftoretilena pod vozdeistviem sinhrotronnogo izluchenija pri formirovanii mikrostruktur s vysokim aspektnym otnosheniem]. Poverkhnost, 2001, no. 3, pp. 10–14 (in Russian).Guoping Mao, Somasiri N.LD. ,Stacey N.A. Photoimageable, aqueous acid soluble polyimide polymers: US patent 6559245, publication 06 05.2003 / 3M Innovative Properties Company.Guoping Mao, Somasiri N.LD., Stacey N.A. Photoimageable, aqueous acid soluble polyimide polymers: US patent 6559245, publication 06 05.2003 / 3M Innovative Properties Company.Ngo, D.D. Photoimageable polyimide coating: US patent 5599655, publication 04.02.1997 / Amoco Corporation.Ngo D.D. Photoimageable polyimide coating: US patent 5599655, publication 04.02.1997 / Amoco Corporation.Митрофанов, А.В. Исследование поверхности пленок из полиэтилентерефталата, модифицированных вакуумно-ультрафиолетовым облучением на воздухе / А.В. Митрофанов [и др.] // Поверхность. – 2009. – № 7. – С. 30–38.Mitrofanov A. V., Karban O. V., Sugonyako A., Lubomska M. Investigation of the Surface of Poly(ethylene terephthalate) Films Modified by Vacuum Ultraviolet Irradiation in Air. Journal of Surface Investigation, 2009, vol.3, no. 4, pp. 519–527.Weaver S.T., Wells R. Photoimageable nozzle members and methods relating thereto: US patent 8173031, publication 8.05.2012/Lexmark International, Inc.Weaver S.T., Wells R. Photoimageable nozzle members and methods relating thereto: US patent 8173031, publication 8.05.2012/ Lexmark International, Inc.Гранько, С.В. Применение фоторезистивных масок для маскирования ионного пучка в технологии КМОП-интегральных схем / С.В. Гранько [и др.] // Вестник Нижегородского университета. Сер. «Физика». – 2001. – № 2. – С. 41–47.Gran’ko S.V., Volk S.A., Leont’ev A.V., Komarov F.F., Kamyshan A.S. Application of photoresistive masks to mask the ion beam in the CMOS technology of integrated circuits. Vestn. Nizhegorodsk. Univ., Ser. «Fizika», 2001, no. 2, pp. 41–47 (in Russian).Шугуров, А.Р. Особенности определения механических характеристик тонких пленок методом наноиндентирования / А.Р. Шугуров, А.В. Панин, К.В. Оскомов // Физика твердого тела. – 2008. – Т. 50, № 6. – С. 1007–1012.Shugurov A.R., Panin A.V., Oskomov K.V. Specific features of the determination of the mechanical characteristics of thin films by the nanoindentation technique. Physics of the Solid State, 2008, vol. 50, no. 6, pp.  1050– 1055.Андриевский, Р.А. Наноиндентирование и деформационные характеристики наноструктурных боридонитридных пленок / Р.А. Андриевский [и др.] // Физика твердого тела. – 2000. – Т. 42, № 9. – С. 1624–1627.Andrievskii R.A., Kalinnikov G.V., Hellgren  N., Sandstrom P., Shtanskii D.V. Nanoindentation and strain characteristics of nanostructured boride/nitride films. Physics of the Solid State, 2000, vol. 42, no.  9, pp.  1671–1674.Штанский, Д.В. Особенности структуры и физико-механических свойств наноструктурных тонких пленок / Д.В. Штанский [и др.] // Физика твердого тела. – 2003. – Т. 45, № 6. – С. 1122–1129.Shtanskii D.V., Kulinich S.A., Levashov E.A., Moore J.J. Structure and physical-mechanical properties of nanostructured thin films. Physics of the Solid State, 2003, vol. 45, no. 6, pp. 1177–1184.Бринкевич, Д.И. Микромеханические свойства эпитаксиальных слоев GaP, легированных редкоземельным элементом диспрозием / Д.И. Бринкевич, Н.В. Вабищевич, В.С. Просолович / Неорганические материалы. – 2012. – Т. 48, № 8. – С. 878–883.Brinkevich D. I., Vabishchevich N.V., Prosolo-vich V.S. Micromechanical Properties of GaP Epilayers. Inorganic Materials, 2012, vol. 48, no. 8, pp.  768– 772.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.