Диссертация (Разработка технологии формирования фоторезистивных пленок прецизионной толщины с минимальной шероховатостью поверхности плазмохимическим травлением), страница 6

Приводимые в литературе значения этой величиныотличаются на несколько порядков (таблица 1.4), а зависимость параметровразряда от конфигурации внутренней оснастки реакторов, используемых вкаждомконкретномслучае,непозволяетвыполнитьсравнительныйколичественный анализ. Можно лишь указать, что с увеличением вносимой вразряд мощности скорость травления фоторезистивных слоев в общем случаевозрастает [59], [60], [61].Процесс плазмохимического удаления фоторезистивных слоев обычнопроводят при давлениях в 1 – 300 Па.

В таких условиях атомарный кислородявляется основной долгоживущей химически активной частицей кислороднойплазмы. В последние годы появились публикации по плазмохимическомутравлению, проводимому при атмосферном давлении, полимерных, в том числеи фоторезистивных материалов (табл. 1.4). В этом случае в значительнойстепени увеличивается роль еще одной химически активной частицы – озона.39Таблица 1.4Значениятехнологическихпараметров, используемые приплазмохимическомтравлениифоторезистивных слоевЧастотаКонфигурация электродов,реактораВЧмощность,ВтРеагентыОбщеедавление, Па2 МГцПлоскопараллельные электроды,образец располагали на нижнемВЧ, верхний – заземлен.

Диаметрэлектродов 120 мм, расстояниемежду ними 26 мм. Подача газаосуществлялась через центральноеотверстие в верхнем электроде.Плоскопараллельные электроды,ВЧ мощность подавали на верхнийэлектрод. Образцы располагалисьна нижнем подогреваемомэлектродеСистема возбуждения газовогоразряда в реакторе выполнена ввиде двух плоскопараллельныхэлектродов, через которыепроходят кварцевые трубы. Зоныактивации плазмы и расположения2- 65O2601000 190090%O2 + Ar 0,7 – 7,5 -100076%Ar + O2 500 –80013,56МГц13,56МГцТемпера- Скотураростьсушки, ºС травления,мкм/мин1102,53200Температураподложки, ºС№публикации100[54]0,820 - 65[62]1,5250[63]4013,56МГц20 кГцМагнетронпластины разделены расстояниемпорядка 350 мм.Плоскопараллельные электроды,диаметром 50 мм, покрытыедиэлектриком.

Нижний –нагреваемый. Подача газаосуществлялась сбоку впространство между электродами.Два плоскопараллельныхэлектрода диаметром 150 мм.Верхний ВЧ электрод покрыт 8 ммдиэлектрическим материалом,содержащим 700 отверстийкапилляров с аспектнымсоотношением 8. Заземленныйнижний электрод покрыт кварцемтолщиной 3 мм. Расстояние междуэлектродами 4 мм. Подача газовосуществлялась через капиллярыверхнего электрода.Использовался стандартный СВЧрезонатор.

Трубчатыйгоризонтальный кварцевыйреактор, диаметром 25 мм.Образцы располагали нанагреваемом керамическомстолике100~200 1,5% O2 +He; 1,5%O2 +Ar+ацетон10 5900,5 - 1,220 - 250[64]2007% O2 + He 10 5-0,2-[65]75O2140-130[66]10041Удаленная ВЧ13,56Удаленная плазма, подогреваемыйпьедестал.Промышленный реактор сплоскопараллельнымиэлектродами. Нижний электрод,диаметром 24 см, верхний –перфорированный дляосуществления подачи газов,диаметром 28 см.

Оба электродаохлаждались водой. Образцырасполагались на нижнемэлектроде. ВЧ - мощностьподавали либо на верхний, либо нанижний электрод, при этом другойбыл заземлен.13,56,Разряд возбуждался между двумяудаленна электродами, один из которых быля плазма заземлен. Образцы располагалиниже на подогреваемомпьедестале, с возможностьюперемещения относительнообласти возбуждения разряда.13,56Плоскопараллельные электроды,покрытые диэлектриком.Расстояние между электродами 3мм.13,56Индуктивно-связанная плазма.50 - 300O213,3-0,775-220[60]100 150C2F62,7 – 9-0,01-[67]1005001200,6525 - 190[68]100 20021%O2 +Ar;10% CF4 +O2;6% CF4 +21%O2 +Ar;O2 + He;O2 + Ar10 5900,6 – 1,2 -[69]400N2 + Ar140-0,25[70]-42Приплазмохимическомтравленииперечисленныефакторывоздействуют на полимер совместно, и в зависимости от технологическихусловий процесса, величина эффекта каждого из них может варьироваться.

Впоследнее время в связи с развитием микросистемной техники появиласьнеобходимостьвизучениивоздействияплазмынаповерхностьфоторезистивных пленок. Объемная неоднородность состава полимернойпленкиможетприводитьквозникновениюшероховатостиприееплазмохимическом травлении. Такие эффекты давно используются дляизучения внутреннего строения полимеров [55].Следует отметить, что целью большинства опубликованных работявлялась разработка процессов удаления материалов с максимальнойскоростью.Авторынерассматриваливлияниепараметровплазмохимического травления на морфологию поверхности обрабатываемойфоторезистивной пленки.

Принимая во внимание сложность строенияфоторезистивнойпленки,можнозаключить,чтоплазмохимическоетравление должно изменять морфологию поверхности слоя в процессе еготравления. По-видимому, в зависимости от условий проведения процессаплазмохимическоготравленияможноожидатьизмененийхарактератравления пленки по аналогии с другими полимерами [59], что в своюочередь может приводить к образованию пленок с различающимисяструктурой и шероховатостью поверхности.

Важно экспериментальноопределитьтехнологическиепараметры,оказывающиевлияниенавозникновение и рост шероховатости, и выявить оптимальные условиятравления,обеспечивающиеминимальноевоздействиеповерхность фоторезистивного "жертвенного" слоя.нагладкую431.5. ВЫВОДЫ ИЗ АНАЛИТИЧЕСКОГО ОЗБОРА И ПОСТАНОВКАЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯНаоснованиипроведенногоаналитическогообзорасведений,опубликованных в литературе, можно сделать следующие выводы:1. В связи с тем, что геометрические и рабочие характеристикимикромостиковой МЭМ структуры определяются толщиной «жертвенного»слоя, значение которой невозможно обеспечить с требуемой точностью прииспользовании стандартных технологий нанесения и термообработкифоторезистивных слоев, актуальной задачей является разработка технологии,позволяющей прецизионно "подгонять" их толщину до требуемой спомощью процессов травления.

С учетом того, что среднее значение высотымикромостиковых структур находится в диапазоне несколько сотеннанометров, процесс травления должен обеспечивать скорость травления вдиапазоне 4 - 20 нм/мин (0,1 – 0,4 нм/с), что позволит "подгонять" толщинуфоторезистивныхслоевсвысокойточностьюзавремяпроцесса,составляющее 15-40 минут.2. Шероховатость поверхностей является одним из ключевых факторов,определяющихработоспособностьихарактеристикиизделиймикросистемной техники, поэтому разрабатываемая технология должнапозволять не только возможность прецизионного травления слоев, но иобеспечиватьнизкуюшероховатостьобрабатываемойповерхности.Шероховатость поверхности фоторезистивной пленки не должна превышать0,3-0,4 нм.3.Однимизперспективныхматериалов,используемыхдляформирования «жертвенных» слоев, являются позитивные фоторезистивныекомпозиции, относительно легко формируемые на различных подложках илегко удаляемые в кислородной плазме.44Плазмохимическое4.травлениеможетрассматриватьсякакперспективных технологический процесс, который позволит прецизионно"подгонять" толщину фоторезистивных "жертвенных" слоев до требуемыхзначений с высокой точностью, являясь при этом значительно болееперспективным с экологической точки зрения по сравнению с жидкостнымтравлением.Однакошероховатостивопросыобрабатываемойвозможностиповерхностиобеспеченияпринизкойплазмохимическомтравлении остаются открытыми, так как подобные сведения в научнотехнической литературе практически отсутствуют.

Принимая во вниманиемногообразие используемых в микроэлектронной промышленности типовтехнологическихустановокдляплазмохимическоготравления,представляется необходимым оценить возможность их применения длярешения задачи прецизионного травления фоторезистивных слоев.Целью настоящей диссертационной работы является получение новыхзнанийобтравленияосновныхзакономерностяхфоторезистивныхпроцессов«жертвенных»слоев,плазмохимическогонеобходмыхдляразработки на этой основе технологии их прецизионного плазмохимическоготравления, пригодной для создания микромостиковых структур в изделияхмикросистемной техники.Для достижения поставленной цели диссертационной работы и наоснованиианалитическогообзоралитературынеобходиморешитьследующие основные задачи:1.Разработатьметодикиконтроляморфологииповерхностифоторезистивных слоев.2.Экспериментальнофоторезистивнойисследоватькомпозициинахарактервлиянияшероховатостьсоставаповерхностисформированных из нее пленок.3.Экспериментальноисследоватьхарактервлияниярежимовтермообработки фоторезистивных слоев на шероховатость их поверхности.454.

Изучить характер влияния условий плазмохимического травленияфоторезистивных слоев на скорость травления и шероховатость поверхностиобрабатываемыхфоторезистивныхтехнологическиепараметрыслоевпроцесса,иопределитьобеспечивающиеоптимальныедостижениетребуемых скоростей травления и шероховатости поверхности;5. Провести исследования состава плазмы методами оптическойэмиссионной спектроскопии в диапазоне изменения технологическихпараметров процесса.6.

Опробовать разработанную технологию на примере изготовлениямикромостиковой МЭМ структуры и проверить ее работоспособность.46ГЛАВАII.ИСПОЛЬЗУЕМОЕЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕОБОРУДОВАНИЕ, МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И ПОДГОТОВКИОБРАЗЦОВ2.1.ОБЪЕКТИССЛЕДОВАНИЯ.ПОДГОТОВКАОБРАЗЦОВСФОТОРЕЗИСТАМИВкачествеисследуемыхматериалов,перспективныхдляиспользования в качестве "жертвенных" слоев были выбраны отечественныепозитивные фоторезистивные композиции ФП 4-04В (ФП 4) и ФП 91-20 (ФП9),наиболеечастоиспользуемыевтехнологическихпроцессахфотолитографии на предприятиях микроэлектронной промышленности(например, ООО «Светлана-Электронприбор», СПб).

Фоторезисты ФП-4-04марки В (ЗАО "ФРАСТ-М", Зеленоград), ТУ 6-14-1092-88) и ФП-91-20(ФГУП «НИОПИК», Москва, ТУ 6-36-00210134-121-0-96) предназначеныдляреализациифотолитографическихпроцессоввпроизводствеполупроводниковых приборов, больших и сверхбольших интегральных схемс использованием контактного и проекционного экспонирования в областидлин волн 300 - 405 нм. В таблице 2.1 приведены основные характеристикиполимерных фоторезистивных композиций.Фоторезистивные пленки наносили на кремниевые пластины КЭФ 4.5(111) методом центрифугирования. Перед нанесением фоторезистивныхпленок кремниевые пластины подвергали химической обработке последующей схеме:- диметилформамид – кипящий раствор 30 с.;- ацетон – кипячение, 1 мин.;- промывка в деионизованной воде;- ацетон, кипячение 1 мин.Сушку пластин осуществляли в парах ацетона.Пленкифоторезистовнаносилинапластиныметодомцентрифугирования на установке УНФ «Корунд».

Скорость вращения47центрифуги 3000 об/мин. Далее проводили предварительную ИК сушку втечение 6,5 мин при температуре 90 °С.Таблица 2.1Основные характеристики выбранных фоторезистивных составовХарактеристикаВнешний видСветочувствительныйкомпонентОсновной растворительКинематическаявязкость при (20+0,5)°C, мм2/сРазрешающаяспособность, мкмУстойчивость пленкифоторезиста кпроявителю, мин., неменееЛокальнаяразнотолщинностьпленки, нм, не болееФП 4-04 ВЖидкость красно коричневого цвета безосадкаФП – 9120 – 1Жидкость красно коричневого цвета безосадкаОНХДОНХДалкилцеллозольвацетаталкилцеллозольвацетат16,5 - 2013 – 171,2112,010,03030Для исследования изменений толщины полимерной пленки послезадубливанияифотолитографическихвытравливанияплазмохимическогооперацийлокальнойнаобластитравления,пленкедоссоздавалиповерхностипомощьюрисунокдляподложки.Экспонирование пленок проводили на установке Karl Zeiss Jena 830-11.Время экспонирования 23 с.