Автореферат (1143796), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Данные о влиянии режимов термообработки фоторезистивных пленокна скорость травления и шероховатость поверхности при плазмохимическомтравлениипозволяютоптимизироватьпроцессыформированияфоторезистивных слоев не только в производстве МЭМС, но имикроэлектронных изделий.3. Полученные сведения о характере влияния основных технологическихпараметров на скорость плазмохимического травления в установках судаленной плазмой и шероховатость обрабатываемой поверхности позволяютвыбирать оптимальные режимы осуществления технологического процесса,обеспечивающие наибольшую скорость при требуемой шероховатостиповерхности слоев.64.
Результаты выполненных исследований показали, что процессплазмохимического травления в установке с удаленной плазмой позволяет приоптимальных сочетаниях технологических параметров обеспечивать какнебольшие значения скоростей травления (несколько десятых нм/с),позволяющие с высокой точностью "подгонять" «жертвенные» слои дотребуемой толщины, так и низкие значения шероховатости поверхности (0,20,3 нм), которые удовлетворяют требованиям, предъявляемым к шероховатостиповерхности подвижного электрода мостиковых МЭМС структур.5. На примере изготовления МЭМС-переключателя резистивноемкостного типа с электростатическим приводом экспериментальнопродемонстрировано успешное применение разработанного нового способаплазмохимического травления фоторезистивных «жертвенных» слоев вустановках с удаленной плазмой для формирования микромостиковыхструктур.Разработанный метод реализован в технологии изготовления опытнойпартии электростатических МЭМС переключателей резистивно-емкостноготипа в АО «Светлана-Электронприбор» (г.
Санкт-Петербург).Объектами исследований являлись:1. Слои позитивных фоторезистивных композиций ФП 4-04В и ФП 91-202. Процессы кислородного низкотемпературного плазмохимическоготравления, осуществляемые в технологической аппаратуре с реакционнымикамерами различных конструкций и при разных способах созданиявысокочастотных газовых разрядов.3. Оптические эмиссионные спектры кислородной низкотемпературнойплазмы.Методы исследований. В работе использованы:- атомно-силовая микроскопия (АСМ);- растровая электронная микроскопия;- различные математические методы обработки АСМ – изображений дляпостроения гистограмм распределения высот и определения геометрическиххарактеристик неровностей;- лазерная эллипсометрия;- оптическая эмиссионная спектроскопия в видимой и УФ областяхспектра.Положения, выносимые на защиту:7В ходе диссертационных исследований получены новые научныерезультаты, совокупность которых, позволяет сформулировать следующиенаучные положения, выносимые на защиту.1.
Для достижения наименьшей шероховатости поверхностиплазмохимическое травление фоторезистивных «жертвенных» слоев должноосуществляться в условиях, обеспечивающих минимизацию бомбардировкиобрабатываемой поверхности высокоэнергетичными ионами.2. Процесс плазмохимического травления, осуществляемый в установке судаленной плазмой, позволяет обеспечить как небольшие значения скоростейтравления (несколько десятых нм/с), позволяющие с высокой точностью"подгонять" «жертвенные» слои до требуемой толщины, так и низкие значенияшероховатости поверхности (0,2 – 0,3 нм).3.
Режимы термообработки в исследованных диапазонах не оказываютсущественного влияния на шероховатость поверхности слоев изученныхфоторезистивных композиций ФП 4-04В и ФП 91-20, однако слои фоторезистаФП 4-04В, подвергнутые двухступенчатой термообработке при 90 °С в течение30 минут и при 120 °С в течение 30 минут, характеризовались наименьшимизначениями шероховатости поверхности.4. Изменения в скорости травления фоторезистивных слоев приварьировании технологическими параметрами процесса коррелируют ссоответствующими изменениями относительных интенсивностей эмиссионныхлиний атомарного кислорода, что указывает на его определяющую роль впроцессе травления фоторезистивных материалов.Достоверность полученных результатов определяется комплекснымиспользованием различных взаимодополняющих методик исследований(сканирующая электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия,эллипсометрия), современных методов обработки данных и программногообеспечения.
Полученные данные и формулируемые выводы согласуются сизвестными на сегодняшний день научными представлениями.Апробация результатов исследованияРезультатыработпотемедиссертационногоисследованияпредставлялись на 4 всероссийских и международных конференциях: ΧВсероссийская конференция по проблемам науки и высшей школы«Фундаментальные исследования в технических университетах» (г. СанктПетербург 2006); VIII международная конференция «Зондовые методыисследования микроструктур на основе полупроводников» (г. Санкт-Петербург82006); Третья всероссийская конференция Химия поверхности инанотехнология (г.
Санкт-Петербург 2006); 7th Szeged International workshop onadvances in Nanoscience (Szeged, Hungary 2016)По результатам диссертационной работы опубликовано 7 работ.Личный вклад автора.Автору принадлежит определяющая роль в выборе объектовисследования, постановке цели и задач, выборе методик, получении, обработкеи анализе результатов экспериментов. Исследование проводилось личноавтором. Все экспериментальные результаты, их обработка и анализ,изложенные в диссертации, получены автором лично или в соавторстве при егонепосредственном участии.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, 4 частей, выводов, списка литературы и2 приложений. Материал изложен на 131 страницах текста, содержит 12 таблици 48 рисунков.
Список литературы из 84 наименований.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы, определены объектыисследования, сформулированы цель работы, задачи, которые необходиморешить, исходя из цели работы, изложены основные положения, выносимые назащиту. Обоснована достоверность полученных результатов. Представленыданные об апробации диссертационной работы и список публикаций автора потеме диссертации, подчеркнут личный вклад автора.
Во введении также краткоприведено содержание диссертации.В первой главе диссертации выполнен анализ публикаций, касающихсяразработки и создания МС. Особо выделен случай, когда МС является рабочимэлементом электростатического механического переключателя (рисунок 1).Определены основные параметры, влияющие на рабочие характеристикиструктуры, среди которых особое значение имеют величина зазора ишероховатость поверхностей электродов и диэлектрика. В большинствеслучаев верхний подвижный электрод представляет собой тонкую мембрану,располагающуюся параллельно поверхности подложки на некоторомрасстоянии от нее, для формирования которой используется технология сиспользованием «жертвенного» слоя, на который наносится материалмембраны требуемых размеров, а затем подлежащий удалению.
Толщина этогослоя определяет величину зазора между подвижной мембраной и поверхностьюподложки, на которой сформированы неподвижные электроды.9Проведен обзор материалов «жертвенных» слоев, на основе котороговыбраны оптимальные – позитивные фоторезистивные композиции на основенафтохинондиазидов. Рассмотрены основные технологические этапыформирования фоторезистивной пленки с точки зрения влияния их параметровна гладкость и планарность получаемого слоя. Показано, что составыфоторезистивных композиций и режимы термообработки могут оказыватьвлияниенагеометрическиехарактеристикисформированноговфоторезистивном слое топологического рисунка. Рассмотрены методы,позволяющие проводить прецизионную подгонку толщины пленки.
Показано,чтодлястабильновоспроизводимогоформированияпланарныхфоторезистивных «жертвенных» слоев наиболее перспективным являетсяметод плазмохимического травления в среде кислорода.Рисунок 1 Общая схема электростатически управляемой МСВтораяглавасодержитописаниеметодикисследований,использовавшихся в работе. Приведены основные характеристикифоторезистивных композиций двух различных марок ФП 4-04В (ФП 4) и ФП91-20 (ФП 9), описаны методики подготовки образцов фоторезистивных слоев,включая режимы термообработки (таблица 1).Таблица 1 Режимы задубливания, применявшиеся в ходе исследованийОбозначение Первая ступень,T, °С; время, мин.I90 °С, 30 минII90 °С, 30 минIII90 °С, 30 минВторая ступень,T, °С; время, мин.120 °С, 30 мин120 °С, 30 минТретья ступень,T, °С; время, мин.145 °С, 20 минПриведено описание трех технологических установок и методик,использованных для плазмохимического травления фоторезистивных слоев.
На10рисунке 2 показаны схематичные изображения реакторов технологическихустановок. Плазмохимическое травление в У1 и У3 осуществлялось припониженном давлении в среде кислорода, в У2 – при атмосферном давлении всмеси кислорода и гелия.1 – камера; 2 – верхний электрод; 3 – 1 – верхний ВЧ электрод; 2 – нижнийнижний электрод; 4 – полости с электрод; 3 – кварцевая труба; 4 –размещенными образцамикрышки; 5 – диэлектрическаяпластина; 6 – образеца)б)1 - индуктор; 2 – образец; 3 – нагреваемый пьедесталв)Рисунок 2 Схемы реакторов установок: а) У1, б) У2, в) У3Конструкция технологической установки У3 позволяла изменятьрасстояние "индуктор – пьедестал" в пределах 0 – 220 мм.Для исследования шероховатости поверхности использовали атомносиловую (Solver P47-Pro, NT-MDT, Россия) и электронную растровуюмикроскопии (Supra 55 VP, Carl Zeiss), в качестве характеристикишероховатости выбрано rms (среднеквадратичное отклонение), как наиболеечасто используемая и входящая в российский и международные стандартывеличина.
Описаны методы измерения толщины фоторезистивных слоев.11Исследование распределения компонентов плазмы вдоль реактора проводилиметодом оптической эмиссионной спектроскопии.В третьей главе приведены результаты экспериментальныхисследований влияния составов фоторезистивных композиций и режимов ихтермообработки на шероховатость поверхности сформированных слоев.Шероховатость поверхности всех образцов после термообработки составляла0,2 – 0,3 нм и практически не зависела от ее режимов.Плазмохимическая обработка поверхности фоторезистивных образцовобоих составов в установке У1в приводила к увеличению шероховатости ихповерхности, причем средняя шероховатость поверхности образцов состава ФП9 для всех режимов термообработки оказывалась выше, чем для состава ФП 4.На рисунке 3 показан участок поверхности образца ФП4 до и послеплазмохимического травления.Рисунок 3 АСМ - изображения поверхности фоторезистивной пленки ипрофиль в центре кадра (композиция марки ФП4) а) – до и б) – послеплазмохимического травления в У1, Pобщ.
= 75 ПаСтатистическая обработка АСМ-изображений показала, что наилучшиерезультаты по уровню шероховатости поверхности для обоих фоторезистивныхсоставов показали пленки, подвергшиеся двухступенчатой термообработке(режим II). На основании полученных результатов в дальнейших исследованияхиспользовались только образцы слоев, сформированные из фоторезистивного12состава ФП 4, подвергавшиеся двухступенчатому режиму термообработки при90 °С в течение 30 минут, а затем в течение 30 минут при 120 °С.Плазмохимическое травление в условиях интенсивной ионнойбомбардировки поверхности фоторезистивных пленок (установка У1)осуществлялось с высокой скоростью (около 10 нм/с), шероховатостьповерхности при этом незначительно увеличивалась. Высокие скороститравления, реализуемые в У1 затрудняют достижение необходимой толщины«жертвенных» слоев с требуемой точностью (рисунок 4).Рисунок 4 Результаты плазмохимического травления фоторезистивныхобразцов в У1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
