Диссертация (Разработка технологии формирования фоторезистивных пленок прецизионной толщины с минимальной шероховатостью поверхности плазмохимическим травлением), страница 10

2.1), что было обусловленоразличиями в химическом составе, количестве растворителей и т.д.Увеличение шероховатости поверхности фоторезистивных пленок послеплазмохимического травления с увеличением температуры термообработки,по-видимому, обусловлено появлением дополнительных неоднородностей вобъеме пленки, возникающих за счет протекания различных химическихреакций, например, таких, как разложение светочувствительного компонента,или является следствием возникновения дополнительных механическихнапряжений из-за различий в коэффициентах термического расширенияфоторезистивной пленки и кремниевой подложки.

Причем, вероятнее всего,именно релаксация механических напряжений, отчетливо наблюдаемая вобразцах обоих типов фоторезистов, подвергнутых термообработке при77режиме 3, приводила не только к растрескиванию на границах с подложкой,но и вызывала появление структурных неоднородностей в объеме слоя,которые проявились в возникновении зернистой структуры на поверхности смаксимальным размером зерен.Наоснованиирезультатоввыполненныхэкспериментальныхисследований установлено:- режимы термообработки в исследованных диапазонах на оказываютсущественного влияния на шероховатость поверхности фоторезистивныхслоев изученных составов ФП 4 и ФП 9;- плазмохимическое травление приводит к увеличению шероховатостиповерхности фоторезистивных пленок обоих составов, подвергнутыхтермообработке в исследованных температурно-временные диапазонах;- слои, сформированные из фоторезистивной композиции состава ФП 4иподвергнутыедвухступенчатойтермообработке(режим2),характеризовались наименьшими значениями шероховатости поверхностипосле плазмохимической обработки.На основании полученных результатов в дальнейших исследованиях восновном использовались только образцы слоев, сформированные изфоторезистивного состава ФП 4, подвергавшиеся двухступенчатому режимутермообработки при 90 °С в течение 30 минут, а затем - в течение 30 минутпри 120 °С.Исследования образцов, прошедших термообработку порежимам I и III, из-за значительно худших результатов, достигнутых при ихплазмохимическом травлении, не проводились.783.2.ИССЛЕДОВАНИЕПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЙВЛИЯНИЯОБРАБОТКИРАЗЛИЧНЫХНАВИДОВМОРФОЛОГИЮПОВЕРХНОСТИ ФОТОРЕЗИСТИВНЫХ СЛОЕВПосколькушероховатостьповерхностифоторезистивныхслоевявляется одним из ключевых параметров, определяющих возможность ихприменения в качестве «жертвенного» слоя, интерес представляло выяснениевозможности осуществления процессов плазмохимического травления для"подгонки" их толщины при сохранении невысокой шероховатостиповерхности.Кислород является наиболее часто используемым реагентом дляплазмохимическоготравленияфоторезистивныхматериаловвмикроэлектронике.

В отличие от чисто химических процессов травления впроцессахплазмохимическоготравлениябольшоерольвудаленииобрабатываемого материала играют процессы бомбардировки поверхностиускоренными ионами, приводящие к возникновению структурных дефектов,распылению обрабатываемого материала, накоплению заряда на поверхностидиэлектрического слоя, разогреву обрабатываемой поверхности и т.д. Вомногих случаях количественный учет этих явлений не возможен, однакокачественноихрольможнооценить,осуществляяпроцессыплазмохимического травления в технологической аппаратуре с различнойконфигурацией электродов и различными способами подведения ВЧмощности.

Принимая это во внимание, плазмохимическую обработкуобразцов проводили на нескольких типах технологической аппаратуры (см.главу 2).Плазмохимическое травление в установке У1 проводили для обоихфоторезистивных составов, прошедших двухступенчатую термообработку,образцы в процессе травления размещались непосредственно в областигенерации плазмы между плоскопараллельными электродами.

С помощью79АСМ измеряли высоту рельефа и оценивали шероховатость поверхностипленок до и после плазмохимического травления.Для обоих фоторезистивных составов экспериментально установленлинейный характер зависимости толщины слоев от времени проведенияпроцесса (рисунок 3.8 а), поэтому скорость процесса определялась какотношение значения глубины травления на время процесса.

Скоростьтравления в исследованных режимах находилась в пределах 8-10 нм/с.Анализполученныхэкспериментальныхрезультатовпоказал,чтоплазмохимическое травление фоторезистивных пленок во всех случаяхвызывало увеличение размера неровностей и шероховатости поверхности,однако следует отметить, что нарастание шероховатости в процессеплазмохимического травления для фоторезистивных слоев ФП9 происходилобыстрее по сравнению со ФП4.Нарисунке3.8бприведеныграфикизависимостисреднегоквадратичного отклонения неровностей от средней линии на поверхности,являющегося мерой шероховатости поверхности фоторезистивных слоев, отвремени плазмохимической обработки.

В дальнейшем для краткости подвеличиной шероховатости будет пониматься рассчитанное значение rms.80Рисунок3.8Результатыплазмохимическоготравленияфоторезистивных образцов в У1. а) – зависимости глубины травления отвремени травления; б) – изменение среднего квадратичного отклонениянеровностей от средней линии (характеристика rms) на поверхностифоторезистивных слоев от времени травленияВ установке У2, в которой создавался ВЧ разряд при атмосферномдавлении, образцы располагали на диэлектрической пластине, лежащей нанижнемэлектроде.Припроведениипервыхэкспериментовполное81стравливание слоя происходило в течение нескольких десятков секунд, приэтом отмечалось сильное нагревание и электродов, и образцов. В связи сэтим для предотвращения перегрева обрабатываемых слоев процесспроводили в импульсном режиме: травление 5 с, пауза – 5 с. Полученный длятакого процесса график зависимости глубины травления от времениприведен на рисунке 3.9 а.

Средняя скорость травления в У2 составляла 1,7нм/с.Результатыисследованийшероховатостиповерхностисвидетельствовали об ее увеличении по мере травления фоторезистивногослоя (рисунок 3.9 б). Уже через 30 секунд после начала процессасреднеквадратичная шероховатость увеличивалась до 0,9 нм.Образцы, обрабатываемые в установке У3, располагали на разномрасстоянии от области генерации плазмы (индуктора).

Графики зависимостейизменениятолщиныфоторезистивныхслоевотвременитравленияприведены на рисунке 3.10 а. Травление в установке У3 происходило снаименьшей скоростью, значение которой при выбранных условияхсоставляло 0,1 нм/с (при размещении образца на расстоянии 220 мм).Результатывыполненныхшероховатостиэкспериментовповерхностипоказали,фоторезистивныхчтостепеньслоевпослеплазмохимического травления увеличивалась незначительно.Прежде всего следует отметить, что, вероятно, из-за существенноразных характеристик ВЧ разрядов, используемых для генерации плазмы,скорость травления снизилась более чем на порядок по сравнению стравлениемвыполненныхвустановкеУ1.экспериментовОднако,покакпоказываютплазмохимическомурезультатытравлениюфоторезистивных слоев марки ФП4 удаление образцов от индуктора нарасстояние 70 мм (таблица 3.2) приводит к уменьшению скорости травленияот 1,1 до 0,3 нм/с.

Кроме того, установлено, что шероховатость поверхностиобразцов увеличивалась со временем травления (рисунок 3.9 б), причем судалением от зоны разряда увеличение шероховатости происходило быстрее.82Например, шероховатость поверхности фоторезистивных слоев после 5минут травления составляла 0,8 нм при расположении в индукторе и 1,5 нм –в 70 мм от него соответственно.Рисунок3.9Результатыплазмохимическоготравленияфоторезистивных образцов в У2. а – зависимости убыли толщины пленки отвремени травления, б – изменение шероховатости поверхностифоторезистивных слоев от времени травления83Рисунок3.10Результатыплазмохимическоготравленияфоторезистивных образцов в У4. а – зависимости убыли толщины пленки отвремени травления, б – изменение шероховатости поверхностифоторезистивных слоев от времени травления84Таблица 3.2Скорости травления и шероховатость поверхности фоторезистивныхслоев марки ФП 4 после стравливания около 200 нм.УстановкаУ1У2Скорость8- 1,7травления,10нм/с.Шероховатость, 0,75 1,5rms, нм.У3 (виндукторе)У3 (10 мм У3 (40 мм У2 (70 ммУ3 (220отототмм отиндуктора) индуктора) индуктора) индуктора)10,40,30,11,12,252,101,61,10,25Полученные результаты по плазмохимическому травлению образцовфоторезистивных слоев в установках с различными способами возбужденияВЧ разряда и конструкциями реакционных камер позволяют сделатьпредположения о механизме травления и роли химической и физическойсоставляющих процесса травления.Конструкция камеры в У1 соответствует условиям, в которыхобрабатываемый фоторезистивный слой подвергается наиболее интенсивнойбомбардировке ионами и находится в среде с высокой концентрациейхимически активных частиц.

Из литературных данных известно, что энергиисвязей в полимерах обычно находятся в пределах 2 – 5 эВ [55], чтозначительно ниже, чем энергии высокоэнергетичных ионов, значениякоторых могут достигать нескольких сотен эВ [75], образующихся приплазмохимическом травлении в условиях, близких с исследованным.Посколькуокислениепроисходитвпервуюочередьнадефектахповерхности, появившихся в результате разрыва связей под действиембомбардировки ионами, процесс плазмохимического травления на установкеУ1 происходил с наибольшими скоростями (таблица 3.2).