СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ТОНКИХ ПОЛИМЕРНЫХ СЛОЕВ НА ПОВЕРХНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ Российский патент 2002 года по МПК C08F2/54 C08J7/12 C08J7/16 C08J7/18 

Изобретение относится к области химии полимеров и может быть использовано в электронной технике, например, для нанесения диэлектрических и защитных слоев, межслойной изоляции, резистов и т.п.

Известны способы нанесения тонких полимерных пленок на твердые субстраты путем полимеризации мономеров под действием УФ-света (A.N.Wright. US Patent 3635750, 1972. A.N.Wright and R.C.Merrill. US Patent 3743532, 1973).

Однако при использовании этих методов: 1) средний коэффициент полезного использования энергии излучения очень мал и не превышает 0,1%; 2) при интенсивностях света, обеспечивающих приемлемые скорости роста пленок (≥10 нм/мин), имеет место сильный (на 150-200^oС) разогрев субстратов, что требует их специального охлаждения.

Наиболее близким к заявляемому является (I.Haller and P. White. J. Phys. Chem, v. 67, p.1784, 1963) способ нанесения тонкого слоя полибутадиена под действием пучка электронов с энергией 250 эВ в условиях, когда пары мономера находятся в той же камере, что и катод-эмиттер электронов, в связи с чем давление паров мономера не превышало 3,10^-4 Торр.

Однако известный способ (прототип) имеет серьезные недостатки, поскольку скорости роста полимерной пленки ничтожно малы и не превышают 0,1 нм/мин, в связи с чем упомянутый способ не представляет технологического интереса.

Технической задачей заявляемого способа является значительное повышение скорости роста наносимых полимерных пленок при приемлемых коэффициентах полезного использования энергии излучения (1-5%).

Поставленная техническая задача достигается тем, что субстрат, на который наносится полимерная пленка, помещается в рабочую камеру с парами мономера, отделенную от камеры с эмиттером электронов специальной мембраной, через которую вводится пучок электронов, инициирующий полимеризацию мономера на поверхности субстрата. При этом давление паров мономера в рабочей камере составляет от 10^-2 до 10 Торр, энергия пучка электронов 1-1000 кэВ, плотность тока электронного пучка, падающего на поверхность субстрата, 0,1-1000 мкА/см². При этом скорость роста полимерных пленок составляет 1-10⁴ нм/мин, а средний коэффициент полезного использования энергии электронного пучка 1-5%.

Предпочтительно, процесс ведут при давлении паров мономера 1-100 Торр, энергии пучка электронов 1-100 кэВ, плотности тока электронного пучка, падающего на поверхность твердого тела, 1-1000 мкА/см².

Предлагаемый способ нанесения тонких полимерных слоев реализован следующим образом.

1. Внутрь металлической вакуумной ячейки с тонкой мембраной размером 2х2 мм на расстоянии 5 мм от мембраны помещается твердый субстрат в виде пластины монокристаллического кремния или той же пластины с поверхностным слоем диоксида кремния, или алюминиевой фольги, или слоя золота, напыленного на кремний, и т.п. Ячейка вакуумируется при комнатной температуре, после чего в нее вводят пары метилметакрилата при давлении 10 Торр и пучок электронов с энергией 40 кэВ, сфокусированный на всю площадь мембраны, при токе в пучке 1 мкА. После облучения в течение 23 мин на поверхности пластины формируется однородная пленка из полиметилметакрилата диаметром около 4 мм. Центральная часть пятна диаметром около 3 мм имеет толщину около 0,15 мкм, причем толщина пятна слабо зависит от природы субстрата. Скорость роста пленки в ее центральной части (w) составила около 6 нм/мин, средний коэффициент полезного использования энергии излучения (k) - около 1%.

2. В ту же, что и в примере 1, вакуумную ячейку с мембраной с помещенным в нее субстратом (из перечисленных в примере 1) вводят пары тетрафторэтилена при давлении 5 Торр и сфокусированный на мембрану пучок электронов с энергией 20 кэВ при токе в пучке 6 мкА. Время облучения составило 25 мин. Получено однородное пятно политетрафторэталена толщиной в центральной части около 0,3 мкм, w=12 нм/мин, k≈5%.

3. В качестве мономера использовали стирол. При давлении паров 5 Торр, энергии электронов 40 кэВ, токе в пучке 6 мкА, времени облучения 40 мин получена полимерная пленка толщиной 2 мкм. w=50 нм/мин и k≈1%.

4. В качестве мономера использовали метилакрилат. При давлении паров 8 Торр, энергии электронов 20 кэВ, токе в пучке 6 мкА, времени облучения 12 мин получена полимерная пленка толщиной 1 мкм, w=80 нм/мин и k≈5%.

5. В качестве мономера использовали метилакрилат. При давлении паров 25 Торр, энергии электронов 40 кэВ, токе в пучке 6 мкА, времени облучения 20 мин получена полимерная пленка толщиной 10 мкм, w=500 нм/мин, k≈30%.

Использование предлагаемого способа позволяет получать однородные полимерные пленки различной толщины непосредственно из мономера в одну стадию без использования каких-либо растворителей при достаточно высоких скоростях роста пленок (до 10⁴ нм/мин) и приемлемых значениях коэффициента полезного использования энергия излучения (до 5%).

Изобретение относится к технологии нанесения полимерных покрытий и может быть использовано в электронной технике для нанесения диэлектрических и защитных слоев, межслойной изоляции, резистов, в оптике, медицинской технике и т.д. Способ состоит в том, что полимер пленки формируется непосредственно из мономера путем его полимеризации из паровой фазы под действием пучка электронов. Процесс проводят при давлениях паров мономеров 1-30 Торр, энергиях электронов в пучке 5-100 кэВ, токах в пучке 0,5-20 мкА. Скорости роста пленок повышаются и составляют при этом 1-10³ нм/мин при коэффициенте полезного использования энергии излучения 1-5%. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ нанесения тонких полимерных слоев на поверхность твердых тел путем формирования пленки непосредственно из мономера при его полимеризации из паровой фазы под действием пучка электронов, отличающийся тем, что процесс проводят в рабочей камере, отделенной от источника электронов, при давлениях паров мономера 10^-2-10³ Торр, энергии пучка электронов 0,1-1000 кэВ, плотности тока электронного пучка, падающего на поверхность твердого тела, 0,1-1000 мкА/см². 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс ведут при давлении паров мономера 1-100 Торр, энергии пучка электронов 1-100 кэВ, плотности тока электронного пучка, падающего на поверхность твердого тела, 1-1000 мкА/см².