CC BY
73
Таким образом, результаты первичных биологических испытаний полинитрометильных соединений 1,2,3-триазольного и 1,2,4-оксадиазоль-ного рядов открывают перспективу получения новых средств защиты растений, а также антимикробных средств на основе указанных гетероциклических соединений.
Ю. С. Тверьянович
Индуцированное лазером осаждение металлов на диэлектрические поверхности из растворов
В докладе речь идет об исследованиях процесса формирования металлических дорожек на диэлектрических поверхностях в результате восстановления металлов из растворов их соединений под действием лазерного излучения, проводимых на кафедре лазерной химии и лазерного материаловедения СПбГУ. Этот процесс может носить как термоактивированный, так и фотоактивированный характер.
Метод лазерного осаждения металлов из растворов (ЛОМР) позволяет создавать проводящие дорожки сколь угодно сложной конфигурации, задаваемой управляющим компьютером с помощью трехкоординатной подвижки. Ширина дорожек может изменяться от микрон до сотен микрон. При этом они имеют толщину, соизмеримую с шириной. Применение технологии ЛОМР позволяет радикальным образом сократить многостадийный трудоемкий технологический процесс производства печатных плат высокой точности и устройств микрокоммутации и отказаться от высокоотходных и токсичных гальванических технологий.
К металлам, которые могут быть осаждены с помощью этого метода, относятся палладий (Pd), медь (Cu), никель (Ni), алюминий (Al), золото (Au), серебро (Ag) и др. Однако с точки зрения использования в устройствах микроэлектроники особый интерес из перечисленных металлов представляет медь, а также драгоценные металлы - золото и серебро, расход которых может быть радикально (в 3-4 раза) снижен по сравнению с действующими технологиями. В основе метода ЛОМР лежит так называемый процесс безэлектродного автокаталитического осаждения (БЭАО), который не требует использования внешних источников электрического поля. В результате фото- либо термо- инициированной химической реакции происходит восстановление металла из металлических комплексов на определенных каталитических центрах на поверхности подложки. Преимущества лазерного излучения позволяют управлять реакцией и контролировать процесс осаждения металла с мик-
102
ронным, а в некоторых случаях и субмикронным пространственным разрешением. Важным преимуществом метода ЛОМР является низкая себестоимость компонентов и узлов, необходимых для его реализации, что гарантирует высокую экономическую выгоду при внедрении ЛОМР в промышленность. Кроме того, используемые химические реактивы экологически безопасны. Экономический аспект преимущества ЛОМР состоит в отказе от многостадийной традиционной технологии производства плат и коммутационных схем, включающей в себя семь процессов и использующей сложные в производстве фотомаски.
ЛОМР является одностадийным процессом «рисования» сфокусированным лазерным лучом на поверхности подложки (сходной с принципом работы обычного офисного лазерного принтера). Помимо экономии трудозатрат на простоте техпроцесса, очевидным преимуществом ЛОМР является безотходность (осаждается только строго необходимое количество металла, что особенно важно при использовании драгметаллов, экономия достигает 70 %) и экологическая чистота (не образуются отходы травления и промывные растворы). Отсутствует необходимость в изготовлении дорогостоящих масок для засветки фоторезиста.
Метод ЛОМР может быть успешно внедрен в производство для создания интегральных схем, полупроводниковых приборов и устройств. Наибольшие перспективы применения метода ЛОМР видятся в тех отраслях, где требуется одновременное мелкосерийное производство большого количества типоразмеров изделий элементной базы и печатных плат высокой точности (например, в авиастроении или судостроении).
Существуют различные модификации ЛОМР. Ряд авторов используют метод многократного сканирования лазерным лучом для достижения высокой плотности покрытия металлом. Используется метод первичного лазерного нанесения островкового металлического слоя и его последующего химического доращивания. В наших работах используется метод формирования проводника в результате однократного сканирования лазерным лучом.
Одной из основных трудностей ЛОМР является образование газовых пузырей на границе раздела жидкости и подложки. В результате реакции восстановления металла должен выделяться водород. Однако исследования показали, что в состав выделяющихся газов входят и побочные продукты, образующиеся в результате разложения органических компонентов раствора.
103
Исследования ЛОМР ведутся по нескольким направлениям. Прежде всего, это изучение роли параметров лазерного излучения, в число которых входят длительность импульсов (включая непрерывное излучение), энергия импульсов, длина волны излучения. Параллельно с этим ведется оптимизация свойств растворимых комплексных соединений, содержащих медь. Так, при больших значениях константы неустойчивости комплексов выделение меди может начаться либо при крайне незначительных внешних воздействиях (повышении температуры раствора), либо при обычных условиях. В результате получаются широкие дорожки с неровными краями, окруженные большим количеством островков меди. При низком значении константы неустойчивости процесс осаждения меди не идет либо затруднен, дорожки имеют разрывы сплошности.
В качестве подложек для коммутационных схем часто используются тугоплавкие материалы (керамики на основе окиси алюминия). Нанесение дорожек на эти субстраты наталкивается на трудности: процесс либо не идет, либо дорожки имеют слишком слабую адгезию к подложке. Это связано с тем, что первой стадией восстановления меди и формирования дорожек является создание каталитических центров на поверхности подложки под действием лазерного излучения, что затруднено в случае тугоплавких материалов. Решение проблемы ищется на путях укорочения длины импульсов и увеличения плотности мощности излучения лазера.
При химических методах (включая электрохимические) металлы восстанавливаются в определенной последовательности, обусловленной рядом их активности, что делает невозможным получение осадков, одновременно содержащих разные металлы. Лазерное же осаждение является сугубо неравновесным процессом, неподчиняющимся правилам равновесной термодинамики. Это открывает возможность осаждения металлических сплавов, например, для формирования термопар или нагревательных элементов. Работы в этом направлении также ведутся.
При решении задачи осаждения благородных металлов используются их металлорганические комплексы, такие как хлортрифенил-фосфин золота, трифенилфосфин-фенилацетиленид золота, ди-(2,2’-бис(дифенилфосфин)дифенил)диаурумдигексафлюарофосфат и др.
Все перечисленные выше направления исследований основаны на термоактивированном восстановлении металлов. Поэтому ширина металлических дорожек определяется не диаметром светового пятна, а областью прогретого раствора, которая превосходит размеры светового пятна и может испытывать искажения в результате
104
конвекционного теплообмена. Для перехода к фотоактивированному процессу осаждения металлов были использованы фоточувствительные металлорганические комплексы, общий принцип построения которых характеризуется термином «rods-in-belt». В результате ширина дорожек была уменьшена до четырех микрон. Одной из особенностей этих комплексных молекул является то, что каждая из них содержит атомы разных металлов в определенном соотношении. Это позволяет формировать интерметаллические дорожки с определенным химическим составом.
Исследования ведутся и в других направлениях. Так, например, оказалось возможным заменить жидкие растворы, содержащие соединения металлов, гелеобразными средами. Это открывает возможность наносить металлические дорожки на вертикальные поверхности и поверхности со сложной формой.
105
