Диссертация (Разработка технологии формирования фоторезистивных пленок прецизионной толщины с минимальной шероховатостью поверхности плазмохимическим травлением), страница 11

Однако, интереснозаметить, что в целом, шероховатость поверхности обработанных образцовзначительноинтенсивнымнеувеличилась,физическимсглаживанию рельефаичто,наиболеераспылениемвероятно,поверхности,обусловленоприводящимвысоким скоростям травления.кРазница в85подвижностях электронов и положительных ионов приводит к образованиюотрицательного потенциала на изолированной поверхности, контактирующейс плазмой, по отношению к плазме. Величина потенциала близка к значениюkТе. В результате этого бомбардирующие поверхность электроны иотрицательные ионы теряют часть своей кинетической энергии напреодоление тормозящего потенциала, а положительные ионы, наоборот,увеличивают свою первоначальную энергию при достижении поверхности.

Всовокупности полученные результаты по травлению образцов в установке У1свидетельствуют о значительной роли физической составляющей процессатравления.Сделанное предположение о роли ионной бомбардировки в ускорениипроцесса травления хорошо согласуется с результатами, полученными притравлении образцов в установке У3, в которой поверхность не подвергаласьтакой интенсивной бомбардировке, так как травление происходило вусловиях "удаленной" плазмы, свидетельствующими о падении скороститравления более, чем на порядок (таблица 3.2), причем скорость травлениямонотонно падает с удалением поверхности образца от области генерацииплазмы.

Вероятнее всего, при таком методе травления первоочередную рольиграет химическая составляющая процесса травления, а вклад ионнойсоставляющей незначителен. С увеличением расстояния от области зоныгенерации плазмы концентрация активных частиц уменьшается, что иприводит к падению скорости травления. Возможно, что именно этимобстоятельствомобъясняетсяинебольшоеснижениешероховатостиповерхности обработанных фоторезистивных слоев, так как при небольшихрасстояниях, где концентрация химически активных травящих частиц велика,процесс травления происходит более интенсивно, что обуславливаетинтенсивноерастравливаниеграницзерен,априуменьшенииихконцентрации на больших расстояниях происходит более однородноетравление всей поверхности.86Можно ожидать, что дальнейшее уменьшение влияния заряженныхчастиц и излучения плазмы за счет увеличения расстояния междуобрабатываемой подложкой с фоторезистивной пленкой и зоной генерацииВЧ разряда и расположения ее в области послесвечения позволит обеспечитьусловия для более равномерного процесса травления и обеспечить болеенизкуюшероховатостьповерхноститравления.Прииспользованиимаксимального удаления (до 220 мм) подложек от области генерации разрядаскорость травления уменьшилась уже на два порядка до 0,1 нм/с при этомбыло достигнуто минимальное значение шероховатости - 0,25 нм.Безусловно представляло особый интерес опробование возможностииспользованиядлятравленияфоторезистивныхслоевпроцессаплазмохимического травления в установке У2, обеспечивающей созданиеотносительно низкотемпературной плазмы за счет инициирования ВЧразряда при атмосферном давлении, так как в этом случае не требуетсяиспользование дорогостоящей вакуумной аппаратуры.Влияние ионов на процесс травления, осуществляемый в установке У2,вероятно всего, не является определяющим, поскольку концентрации ионов вплазмеатмосферногодавленияобычноневеликипосравнениюсколичеством ионов в процессах, проводимых при пониженных давлениях[77].

Как показали результаты выполненных экспериментов, достигнутыевысокие значения скороститравления (1,7нм/с), вероятнеевсего,обусловлены высокой температурой нейтральной компоненты плазмы,которая по оценкам изменений интенсивностей линий эмиссионных спектровсоставляла 500 – 700 °C [77]. Относительно высокая шероховатость,полученная в этом случае, возможно, обусловлена не столько воздействиемплазмы и активных кислородсодержащих частиц, сколько проявлениемзернистой структуры полимерного фоторезистивного слоя как в результатеперестройки внутренней структуры, так и в результате его частичнойсублимации при столь высоких температурах.87Анализрезультатовтравления,проведенноговразличныхтехнологических установках, позволяет утверждать, что для формированияпрецизионныхпоцелесообразноиспользоватьобеспечивающиетолщинефоторезистивных«жертвенных»плазмохимическиеминимизациюметодыбомбардировкислоевтравления,обрабатываемойповерхности высокоэнергетичными ионами, так как именно в этом случаедостигается минимальная шероховатость поверхности слоев, а небольшиескорости травления обеспечивают возможность достижения их требуемойтолщины с высокой точностью.

Однако, требуется дальнейшее болеедетальноеисследованиевлияниятехнологическихпараметровнахарактеристики поверхности и скорость травления фоторезистивных слоев.Наоснованиивыполненныхэкспериментальныхисследований,представленных в главе 3, можно сделать следующие выводы:- 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;- плазмохимическое травление в условиях интенсивной ионнойбомбардировки поверхности фоторезистивных пленок осуществляется свысокой скоростью (до 10 нм/с) при сохранении невысокой шероховатостиповерхности за счет ионного распыления, однако высокие скоростизатрудняютдостижениетребуемой точностью;требуемойтолщины"жертвенных"слоевс88- плазмохимическое травление фоторезистивных слоев в установках,обеспечивающих создание плазмы за счет ВЧ разрядов при атмосферномдавлении, приводит в результате нагрева обрабатываемых слоев до высокихтемператур, что вызывает увеличение шероховатости поверхности как попричине изменения внутреннего строения слоев, так и их сублимации впроцессе обработки;- для формирования прецизионных по толщине фоторезистивных«жертвенных» слоев целесообразно использовать плазмохимические методытравления, обеспечивающие минимизацию бомбардировки обрабатываемойповерхности высокоэнергетичными ионами, так как именно в этом случаедостигается минимальная шероховатость поверхности слоев, а небольшиескорости травления обеспечивают возможность достижения их требуемойтолщины с высокой точностью.89ГЛАВА IV.

ПРЕЦИЗИОННОЕ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЕ ТРАВЛЕНИЕФОТОРЕЗИСТИВНЫХСЛОЕВВУДАЛЕННОЙКИСЛОРОДНОЙПЛАЗМЕКак показали результаты исследований, представленные в главе 3,наиболее перспективным для формирования прецизионных по толщинефоторезистивных «жертвенных» слоев является плазмохимическое травлениев кислородсодержащей среде, реализуемое в установках с удаленнойплазмой. Анализ литературных источников показал отсутствие сведений остепени и характере влияния основных технологических параметровпроцесса плазмохимического травления на равномерность и скоростьпроцесса,атакжешероховатостьповерхностиобработанныхфоторезистивных слоев, поэтому проводилось экспериментальное изучениевлияниятехнологическихпараметровпроцессаплазмохимическоготравления, осуществляемого в установке с удаленной плазмой, создаваемой спомощью ВЧ разряда в газообразном кислороде при пониженном давлении,на скорость и равномерность травления фоторезистивных слоев.

В работеисследовались такие параметры процесса, как общее давление в реакторе,температура пьедестала, на котором располагались подложки с нанесеннойна них фоторезистивной пленкой, а также уровень ВЧ мощности,поглощаемой в разряде.904.1.ИССЛЕДОВАНИЕПЛАЗМЫВДОЛЬРАСПРЕДЕЛЕНИЯРЕАКТОРАКОМПОНЕНТОВМЕТОДОМОПТИЧЕСКОЙЭМИССИОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ КИСЛОРОДНОЙ ПЛАЗМЫКакпоказалирезультатыпредварительныхэкспериментов,дляформирования прецизионных по толщине фоторезистивных «жертвенных»слоевснаименьшейшероховатостьюнаиболееподходяттакиеплазмохимические методы травления, которые обеспечивают минимизациюбомбардировки обрабатываемой поверхности высокоэнергетичными ионами,что наиболее часто реализуется в установках с «удаленной» плазмой.

В такихустановках обрабатываемые образцы размещаются на расстоянии от областигенерации плазмы, что и минимизирует интенсивность бомбардировкиионами их поверхности. Однако заранее определить расстояние по потокугаза от зоны генерации разряда, на котором концентрации ионов будутнебольшими, без специальных исследований достаточно трудно, так как оноопределяется многими факторами, включая геометрические характеристикикамеры, рабочее давление, расходы газов и уровень ВЧ мощности,поглощаемой в разряде. В этой связи были проведено экспериментальноеизучение методом оптической эмиссионной спектрометрии распределениякомпонентов кислородной плазмы вдоль реактора, постепенно увеличиваярасстояние от зоны разряда до точки регистрации эмиссионных спектров приразличных технологических параметрах процесса.

Схематичное изображениеэкспериментальнойустановкиирасположениерегистрирующегооборудования приведено на рисунке 2.9.Необходимоотметить,чтоинтенсивностьнаблюдаемыхлинийэмиссионных спектров пропорциональна количеству частиц в возбужденныхсостояниях,энергетическиевозникновениеоптическогопереходыизизлучения.которыхСтрогоиобуславливаютговоря,вслучаенеравновесной плазмы общая интенсивность линии определяется не только91заселенностью уровней, с которых и на которые осуществляются оптическиепереходы, но и распределением всех частиц по энергиям. Кроме того,интенсивность также зависит от локальных характеристик плазмы, таких кактемпература, химический и зарядовый состав, электрические и магнитныеполя [78].Спектр кислородной индуктивно-связанной плазмы состоял из линий,соответствующихизлучательнымпереходамвозбужденныхчастицатомарного кислорода и молекулярного положительно заряженного иона.Линии, соответствующие длинам волн 777,4 нм, 533,1 нм и 436,8 нм, быливыбраны для регистрации изменений, связанных с атомарным кислородом,поскольку эти линии наиболее интенсивные в наблюдаемом спектре.