Диссертация (Разработка технологии формирования фоторезистивных пленок прецизионной толщины с минимальной шероховатостью поверхности плазмохимическим травлением), страница 5

Все компоненты растворов несут четкую,функциональную нагрузку с одной стороны, а с другой - они взаимосвязаны итольковкомплексеобеспечиваютнеобходимыепараметрысветочувствительных слоев [40]. По-видимому, в общем случае планарность ишероховатость поверхности фоторезистивного слоя могут определятьсятолщиной резистивного слоя, свойствами исходной полимерной композиции(вязкостью, типом полимера, растворителей и добавок), методом нанесения,наличиемнижележащегорельефаиусловиямиформированияслоя(термообработка и т.д.).На сегодняшний день в доступной литературе не обнаружено сведений,позволяющих предсказать шероховатость поверхности резистивных слоев,формируемых при различных условиях, с точностью до нескольких нм.33Наибольших результатов достигли авторы работ [49], в которой полимернаяпленка моделируется в виде сетки, каждая ячейка которой свободна или занятаопределенной молекулой, химически связанной или нет с окружением (рисунок1.11). Процесс получил название мезомасштабное моделирование.Рисунок 1.11 Мезомаштабное моделирование фоторезистивного слоя [49]Авторы [49] исследовали взаимосвязь шероховатости с различнымипараметрами фоторезистивных композиций таких как, молекулярная масса идисперсность фенолформальдегидных смол, агрегация молекул, наличиедобавок, а также с условиями проведения фотолитографических операций.Цельюисследованийявилосьустановлениевкладавшероховатостьформируемых слоев факторов, определяющих геометрию или архитектуруполимерных цепочек.

К таким факторам относятся молекулярная масса(которая коррелирует с размером полимерной цепи), разброс молекулярныхмасс и архитектура полимерных цепочек.Результаты математического моделирования, в котором анализировалсяотдельныйвкладгеометрииполимернойцепочкившероховатость,34свидетельствуют о росте шероховатости при увеличении средней длиныполимернойцепочки[49].Однако,дальнейшиеэкспериментальныеисследования не выявили такой корреляции.

Например, в работе [50] авторыобнаружили, что шероховатость поверхности увеличивалась с увеличениеммолекулярной массы полимерной цепочки. Общее объяснение для подобныхнаблюдений состояло в том, что большие полимерные цепочки образуют болеекрупные кластеры (агломераты). Однако, авторы работы [51], исследовавшиевклад размера и формы полимерной цепочки в шероховатость, сообщили, чтополимеры с меньшей длиной цепи имеют тенденцию к образованию большейшероховатости.Полимерные цепочки могут образовывать кластеры или агрегаты изнескольких полимерных молекул.

Авторы [52] обнаружили с помощью АСМ,что в некоторых фоторезистивных составах присутствуют кластеры размерами20 – 30 нм. Сообщалось, что они образовывались до или во времяцентрифугирования, а не на последующих стадиях образования пленки. Вработе кластеры описаны как агрегаты больших молекул, в которые вплетеныболеемелкиемолекулы.Предположительноподобныеполимерныеобразования являются первопричиной шероховатости.Таким образом, сведения, касающиеся влияния молекулярной массы,длины и архитектуры полимерных цепочек, образующих фоторезистивнуюпленку, противоречивы.

Не представляется возможным однозначно определитьхарактер влияния перечисленных факторов на планарность и шероховатостьфоторезистивной пленки.Столь же неоднозначны экспериментальные данные и о влиянии режимовформирования пленки на размер шероховатости. Например, в работе [53]сообщается, что в процессе задубливания шероховатость поверхностифоторезистивной пленки может уменьшаться. Авторы работы показали, чтозадубливание некоторых фоторезистивных составов приводит к уменьшениюшероховатости на 10 %.

Они объяснили этот эффект релаксацией и35перестройкой(переупорядочением)полимерныхцепочеквпроцессеохлаждения. Предполагается, что у полимеров, находящихся в болеенизкоэнергетичном состоянии, шероховатость меньше.Согласно анализу литературных сведений, касающихся внутреннейструктуры фоторезистивных слоев на основе ХД, можно заключить следующее:- состав фоторезистивных композиций на основе ХД является сложным, вобщемслучаевнемприсутствуютследующиекомпоненты:фенол-формальдегидные смолы, светочувствительный компонент – ХД, системарастворителей и различные добавки, регулирующие свойства материала;- на этапах формирования пленки с ней происходят различные физикохимические превращения, которые могут повлиять на планарность ишероховатость сформированной пленки;- на сегодняшний день отсутствует методика, позволяющая предсказатьконечную шероховатость фоторезистивной пленки с требуемой точностью(единицы нм), достигаемой после завершения всех этапов ее обработки;- результаты математического моделирования процессов формированияфоторезистивнойпленки,проводимогоразличнымиисследовательскимигруппами, зачастую противоречат друг другу.Таким образом, для решения поставленной задачи - формирования«жертвенных» слоев с минимальной шероховатостью, необходимо выполнениеэкспериментальных исследований по выбору оптимальной фоторезистивнойкомпозиции и определению режимов ее формирования, причем особоевнимание следует уделить режимам ее постэкспозиционной термообработки.361.4.ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЕФОРМИРОВАНИЯТРАВЛЕНИЕФОТОРЕЗИСТИВНЫХКАКСЛОЕВМЕТОДПРЕЦИЗИОННОЙТОЛЩИНЫПлазмохимическая обработка (травление) фоторезистов используется вмикроэлектронной технологии для так называемого «сухого» удаленияфоторезистивных пленок после проведения фотолитографических операций.Работы в этой области проводятся на протяжении последних десятилетий,однако лишь в последнее время в связи с развитием микросистемной техникипоявиласьнеобходимостьвболеетщательномизучениивоздействиянизкотемпературной плазмы на поверхность фоторезистивных пленок.Основным газом, используемым для плазмохимического травленияфоторезистивных слоев, является кислород.

При этом электрический разрядслужит источником плазмы, содержащей атомарный кислород, который, атакуяполимерную пленку, инициирует реакцию изотропного травления, конечнымипродуктами которой являются H2O, CO и CO2 [54]. В общем виде реакциюплазмохимического травления мономерной единицы фоторезиста на основенафтохинондиазида можно записать в следующем виде:C8H8O + 14O → 3CO2 + 5CO + 4H2OХимическомуплазмохимическомпревращениютравленииполимерамогутвлетучиеспособствоватьпродуктынагревприподложек,ультрафиолетовое излучение, возбужденные нейтральные частицы, ионная иэлектронная бомбардировка и др [55].Результаты опубликованных работ показывают, что исследования восновном были направлены на разработку процессов максимально быстрогоудаления фоторезистивного слоя.

Однако, для поставленной задачи полученияфоторезистивныхслоевпрецизионнойтолщинысминимальнойшероховатостью поверхности скорость травления не является ключевымпараметром. Основное внимание в этом случае, по-видимому, следует уделить37воздействию компонентов плазмы на полимерную пленку с целью реализациирежима так называемого «мягкого» травления.Количественное соотношение активных компонент плазмы существеннозависит от типа используемого разряда. В общем случае, мощность,поглощаемая в разряде, давление газа, конфигурация электродов и частотаприложенного напряжения являются основными параметрами, определяющимихарактеристики создаваемой плазмы.В таблице 1.4 приведены результаты некоторых работ, иллюстрирующиедостигаемыенапрактикезначениявеличинскоростейтравленияфоторезистивных слоев и используемых при этом значениях технологическихпараметров процесса травления.Как следует из представленных в табл.

1.4 данных, травление производятне только в среде чистого кислорода. Различные добавки, такие как фреоны,аргон, азот и другие газы вводят в реакционную систему, главным образом, дляускорения процесса травления. Авторы [56] предполагают, что введение вплазму фреонов ведет к образованию атомов фтора, образующих наповерхности фоторезистивного слоя дефекты, на которых в последствии болееинтенсивно происходит реакции окисления. Аналогичным образом могутвоздействовать на поверхность и другие возбужденные частицы, возникающиев плазме в присутствии различных добавок. Так, в работе [54] показано, чтоколичествомолекулкислорода,требуемогодляокислениямономерафоторезиста, уменьшается с увеличением количества вводимого в систему Ar.Высокоэнергетичныебомбардироватьпревышающейионы,поверхностьэнергиюобразующиесяобрабатываемогохимическихсвязей,вплазме,материалачтоможетсмогутэнергией,приводитькраспылению материала [57], [58].

Особенности реакций при ударе тяжелыхионов, в отличие от электронного удара, связаны с возможностью передачиатомам или фрагментам полимерных молекул энергии, большая часть которойтратится на локальный разогрев. Низкоэнергетичные ионы также могут38создавать дефекты, на которых в последующем атомарный и молекулярныйкислород могут реагировать с полимером [59].Таким образом, введение различных добавок в область разряда, в рядеслучаев может приводить к увеличению скорости травления. Следуетподчеркнуть, что сведения, имеющиеся в представленных в таблице 1.4работах, касающиеся характера влияния различных газообразных добавок наморфологиюповерхностиполимерныхматериаловвпроцессеихплазмохимического травления, крайне скудны или отсутствуют.Необходимо также упомянуть влияние мощности, поглощаемой вразряде, на характеристики процесса травления. Как показывает анализпубликаций, существует проблема корректного определения уровня мощности,поглощаемой в разряде.