Диссертация (Разработка технологии формирования фоторезистивных пленок прецизионной толщины с минимальной шероховатостью поверхности плазмохимическим травлением), страница 13

2.2) фоторезистивной пленкой составаФП4помещалинаподогреваемыйзаземленныйметаллическийподложкодержатель, удаленный от нижнего края индуктора на 220 мм.Давление в реакторе поддерживали постоянным – 30 Па, расход кислородасоставлял 100 мл/мин, ВЧ мощность, поглощаемая в разряде - 15 Вт.Температуру подложек варьировали в диапазоне 20 – 180 ºС. На рисунке 4.5приведенызависимостискоростиплазмохимическоготравленияишероховатости поверхности фоторезистивных слоев от температуры подложек.Полученные результаты свидетельствуют о том, что заметное влияниетемпературы на скорость плазмохимического травления наблюдалось притемпературах выше 100 ºС.

Экспериментально установлено увеличениескорости травления фоторезистивных пленок от 2 до 12 нм/мин с увеличениемтемпературы образцов от 100 до 180 ºС, при этом шероховатость поверхностифоторезистивных слоев после плазмохимического травления при различныхтемпературах менялась незначительно и составляла 0,2 нм.100Рисунок 4.5 Зависимость скорости травления и шероховатостиповерхности фоторезистивных слоев от температуры подложки. (Р=30Па,W=15Вт, Q=100 мл/мин)Принимая во внимание, что высокие скорости травления слоев затруднятвозможность достижения необходимой толщины "жертвенного" слоя с высокойточностью,представляетсяцелесообразнымпроводитьпроцессыплазмохимического травления при температуре пьедестала 120 ºС, чтосоответствовалотемпературетермообработкифоторезистивныхпленок,использовавшейся при подготовке образцов.Применение плазмохимического травления, реализуемого в установках судаленной плазмой, позволяет минимизировать влияние заряженных частиц напроцессы, протекающие на поверхности обрабатываемых образцов.

Ранее врезультатевыполненныхпредварительныхэкспериментовбылопринципиально показано, что удаление обрабатываемых образцов от областигенерации ВЧ разряда сопровождается уменьшением скорости травления ишероховатости поверхности образцов. Для установления детального характеравлияния этого фактора на указанные характеристики была проведена101специальная серия экспериментов, в которой образцы с фоторезистивнымслоем размещали на разных расстояниях от области инициирования ВЧразряда. На рисунке 4.6 показаны полученные зависимости скоростиплазмохимического травления фоторезистивных слоев от расстояния отнижнего края индуктора.

Как показывают полученные результаты, образцы,размещенные на расстоянии 30 мм от нижнего края индуктора травились соскоростью 13 нм/мин, а при удалении их от зоны разряда на расстояние 220 ммскорость травления фоторезистивного слоя уменьшалась до 4 нм/мин, при этомсреднеквадратичная шероховатость поверхности также уменьшалась от 0,5 до0,2 нм.Рисунок 4.6 Зависимость скорости травления и шероховатостиповерхности фоторезистивной пленки от расстояния до индуктора.

(Р=30Па,W=15Вт, T=120ºС, Q=100 мл/мин)В дальнейшем, опыты проводили, располагая образец на максимальновозможном расстоянии – 220 мм от нижнего края индуктора.Для исследования влияния величины ВЧ мощности, поглощаемой вразряде,наскоростьплазмохимическоготравленияишероховатость102поверхности фоторезистивных слоев была проведена серия экспериментов, вкоторой образцы с нанесенной и прошедшей двухступенчатую термообработкупри температурах 90 и 120ºС (режим II табл. 2.2) фоторезистивной пленкойсостава ФП 4 помещали на подогреваемый до 120оС заземленныйметаллический подложкодержатель, удаленный от нижнего края индуктора на220 мм. Давление в реакторе поддерживали постоянным – 30 Па, расходкислорода составлял 100 мл/мин. Значения мощности, поглощаемой в разрядеварьировали в диапазоне 0 – 30 Вт.

На рисунке 4.7 приведены графикиполученныхзависимостейшероховатостиповерхностискоростиплазмохимическогофоторезистивныхслоевтравленияотимощности,поглощаемой в разряде.Рисунок 4.7 Зависимость скорости травления и шероховатостиповерхности фоторезистивных слоев от ВЧ мощности, поглощаемой в разряде(Р=30Па, T=120ºС, Q=100 мл/мин)/Результаты экспериментов свидетельствуют о линейном характереувеличения скорости травления фоторезистивных слоев от 0 до 15 нм/мин висследованном диапазоне ВЧ мощности, в то время как шероховатость103поверхности фоторезистивных слоев оставалась постоянной и составляла около0,2 нм. Проведенные исследования кислородной плазмы с помощью ОЭСпоказали,линейноеувеличениеотносительныхинтенсивностилинийатомарного кислорода и молекулярных ионов с мощностью (рисунок 4.3).Вероятнее всего, именно увеличение концентрации высокореакционных частицкислорода и обуславливает монотонный рост скорости травления полимернойпленки с увеличением уровня ВЧ мощности, поглощаемой в разряде.Дляисследованиявлияниядавлениявреакторенаскоростьплазмохимического травления и шероховатость поверхности фоторезистивныхслоев была проведена серия экспериментов, в которой образцы с нанесенной ипрошедшей двухступенчатую термообработку при температурах 90 и 120 ºС(режим II табл.

2.2) фоторезистивной пленкой состава ФП 4 помещали наподогреваемый заземленный металлический подложкодержатель, удаленный отнижнего края индуктора на 220 мм. Уровень ВЧ мощности, поглощаемой вразряде, составлял 15 Вт, расход кислорода - 100 мл/мин, температураподложек - 120 ºС. Давление в реакторе варьировали в диапазоне 10 – 120 Па.На рисунке 4.8 приведены графики зависимостей скорости плазмохимическоготравления и шероховатости поверхности фоторезистивных слоев от давления вреакторе.Полученные результаты указывают на монотонное уменьшение скороститравления фоторезистивных слоев в диапазоне от 7 до 2,5 нм/мин приувеличении давления в камере.

Шероховатость поверхности фоторезистивныхслоев с увеличением давления в реакторе росла. Уменьшение скороститравления пленок при возрастании общего давления от 10 до 120 Па, повидимому, происходило в результате общего снижению концентрациивозбужденных химически активных частиц кислорода, что подтверждаетсярезультатами ОЭС (рис. 4.4), за счет уменьшения концентрации и среднейэнергии электронов.104Рисунок 4.8 Зависимость скорости травления и шероховатостиповерхности фоторезистивных слоев от давления в реакторе (W=15Вт,T=120ºС, Q=100 мл/мин)Как видно из представленного графика, при увеличении давления до 50Паизмененияшероховатостипрактическинепроисходит,однаконаблюдается ее рост от 0,2 до 1 нм с давлением при более высоких давлениях.На рисунке 4.9 приведены АСМ-изображения поверхностей фоторезистивныхслоев после плазмохимического травления при различных давлениях, изкоторых видно, что образцы, подвергнутые травлению при высоких давлениях,характеризуются отчетливо выраженной зернистой структурой поверхности.Исходя из того, что процесс травления осуществляется химическиактивнымичастицамикислорода,образующимисявплазме,можнопредположить, что в диапазоне давлений 50 – 120 Па их концентрациясущественно уменьшается, о чем свидетельствует обнаруженное падениескорости травления, причем при высоких давлениях концентрация снижаетсядо уровня, при котором полное окисление полимерных цепочек не происходит.Уменьшение концентрациивозбужденныххимическиактивныхчастиц105кислорода с ростом давления подтверждается и результатами исследованиясостава плазмы методом ОЭС (рис.

4.4). При недостатке химически активныхчастиц кислорода, вероятнее всего, по-видимому, все большую роль начинаютиграть процессы переосаждения. В газовой фазе не полностью окисленныечасти полимерных молекул могут объединяться и осаждаться на поверхностьфоторезистивной пленки, образуя в итоге рельеф, фиксируемый зондоматомно-силового микроскопа.абвгРисунок 4.9 АСМ-изображения поверхности фоторезистивных пленокпосле плазмохимического травления при разных давлениях: а – 120 Па; б – 90Па; в – 30 Па; г – 10 Па.Результаты выполненных исследований показали, что варьированиетехнологическими параметрами процесса плазмохимического травления вустановке с удаленной плазмой позволяет изменять скорость травления ишероховатость поверхностиобрабатываемыхфоторезистивныхслоев вшироких пределах, и при определенных оптимальных сочетаниях обеспечивать106как небольшие значения скоростей травления (несколько десятых нм/с),позволяющие с высокой точностью "подгонять" жертвенные слои до требуемойтолщины, так и низкие значения шероховатости поверхности (0,2-0,3 нм),которые удовлетворяют требованиям, предъявляемым к шероховатостиповерхности подвижного электрода мостиковых МЭМ структур.