Автореферат (1143796), страница 3
Текст из файла (страница 3)
а) – зависимости глубины травления от времени травления; б) –изменение среднего квадратичного отклонения неровностей от средней линии(характеристика rms) на поверхности фоторезистивных слоев от временитравленияРисунок 5 Результаты плазмохимического травления фоторезистивныхобразцов в У2.
а – зависимости убыли толщины пленки от времени травления, б– изменение шероховатости поверхности фоторезистивных слоев от временитравления13Рисунок 6 Результаты плазмохимического травления фоторезистивныхобразцов в У3. а – зависимости убыли толщины пленки от времени травления, б– изменение шероховатости поверхности фоторезистивных слоев от временитравленияВ результате плазмохимического травления фоторезистивных слоев вустановке У2, обеспечивающей создание плазмы за счет ВЧ разрядов приатмосферном давлении, возникала высокая шероховатость поверхности,вызванная сильным нагревом обрабатываемых слоев.
Большое значениешероховатости поверхности в этом случае обусловлено как изменениямивнутреннего строения слоев, так и их сублимацией в процессе обработки(рисунок 5). Скорость травления в этом случае составляла порядка 1,5-2 нм/с.Образцы, обрабатываемые в установке У3, располагали на разномрасстоянии от области генерации плазмы (индуктора). Графики зависимостейизменения толщины фоторезистивных слоев от времени травления приведенына рисунке 6 а. Травление в установке У3 происходило с наименьшейскоростью, значение которой при выбранных условиях составляло около 0,1нм/с (при размещении образца на расстоянии 220 мм).
Результатывыполненных экспериментов показали, что степень шероховатостиповерхности фоторезистивных слоев после плазмохимического травленияувеличивалась незначительно.В результате выполненных исследований показано, что дляформирования прецизионных по толщине фоторезистивных «жертвенных»слоев целесообразно использовать плазмохимические методы травления,обеспечивающие минимизацию бомбардировки обрабатываемой поверхностивысокоэнергетичными ионами, так как именно в этом случае достигаетсяминимальная шероховатость поверхности слоев, а небольшие скорости14травления обеспечивают возможность достижения их требуемой толщины свысокой точностью.В четвертой главе приведены результаты исследований процессаплазмохимического травления фоторезистивных слоев в удаленнойкислородной плазме при различных технологических параметрах.Заметные скорости плазмохимического травления наблюдались притемпературах выше 100 ºС (рисунок 7 а) и составляли около 2 нм/мин.Экспериментальноустановленоувеличениескороститравленияфоторезистивных пленок от 2 до 12 нм/мин с увеличением температурыобразцов от 100 до 180 ºС.
Шероховатость поверхности фоторезистивных слоевпосле плазмохимического травления при различных температурах меняласьнезначительно. Исходя из полученных результатов, все дальнейшиеэксперименты по плазмохимическому травлению проводили при температурепьедестала 120 ºС, что соответствовало температуре термообработкифоторезистивных пленок, использовавшейся при подготовке образцов.Исследование зависимости скорости плазмохимического травленияфоторезистивных слоев от расстояния от нижнего края индуктора показало, чтос удалением от зоны разряда скорость травления фоторезистивного слояуменьшалась от 12 нм/мин (на расстоянии 30 мм от нижнего края индуктора) до4 нм/мин (при удалении образца на 220 мм).
При этом среднеквадратичнаяшероховатость поверхности также уменьшалась от 0,5 до 0,2 нм (рисунок 7 б).Согласно результатам ОЭС, удаление от зоны возбуждения ВЧ разрядасопровождалось уменьшением относительных интенсивностей линийвозбужденного атомарного кислорода и линии возбужденных молекулярныхионов. Необходимо отметить, что на расстоянии 100 мм от индуктораинтенсивность линии, характеризующей оптический переход в молекулярномионе О2+ приближалась к нулю, в то время как линии, характеризующиеоптические переходы в атомарном кислороде наблюдались вдоль всейисследуемой области реактора.Результаты экспериментов свидетельствовали о линейном увеличениискорости травления фоторезистивных слоев от 0 до 15 нм/мин при увеличенииВЧ мощности в диапазоне 0 – 30 Вт (рисунок 7 в), в то время какшероховатость поверхности фоторезистивных слоев не зависела от мощности.С увеличением давления отмечалось уменьшение скорости травленияфоторезистивных слоев от 7 до 2,5 нм/мин и рост шероховатости поверхностифоторезистивных слоев (рисунок 7 г).
Уменьшение скорости травления пленок15при возрастании общего давления от 8 до 150 Па, по-видимому, связано сзависимостью от общего давления распределения электронов по энергиям, и,следовательно, уменьшением концентрации возбужденных частиц, радикалов иионов в реакционной среде. Это косвенно подтверждалось результатамиоптической эмиссионной спектроскопии, согласно которым с увеличениемобщего давления в камере происходило монотонное снижение интенсивностейэмиссионных линий, что означало уменьшение количества возбужденныхчастиц.а)б)в)г)Рисунок 7 Зависимость скорости травления и шероховатости поверхностифоторезистивных слоев от: а) температуры пьедестала; б) от расстояния доиндуктора; в) от мощности; г) от давленияРезультаты выполненных исследований показали, что варьированиетехнологическими параметрами процесса плазмохимического травления вустановке с удаленной плазмой позволяет изменять скорость травления ишероховатость поверхности обрабатываемых фоторезистивных слоев в16широких пределах, и при определенных оптимальных сочетаниях обеспечиватькак небольшие 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 МЭМ структур.Для экспериментальной проверки возможности использования процессаплазмохимического травления в установке с удаленной плазмой для травленияфоторезистивных пленок с целью "подгонки" их толщины до требуемой, этотпроцесс был использован при изготовлении реальной МЭМС, содержащеймембранный элемент, - высокочастотного переключателя резистивноемкостного типа с электростатическим приводом.Электростатический МЭМС переключатель представлял собойконструкцию, состоящую из металлических управляющих электродовэлектростатического привода и полоскового центрального разомкнутогопроводника (коммутируемого ключом), сформированных на поверхностипластины, и металлической мембраны, которая располагается над этимиэлектродами на заданной высоте.
На рис. 8 представлена конструкцияэлектростатического МЭМС переключателя резистивно-емкостного типа,позволяющая использовать в качестве подложек различные материалы, такиекак высокоомный кремний, сапфир поликор и др.абРисунок 8 а) -Конструкция и б) СЭМ-изображение МЭМС переключателярезистивно-емкостного типа с электростатическим приводом.В качестве «жертвенного» слоя использовались пленки фоторезистамарки ФП 4-04 В, который наносился методом центрифугирования наустановке УНФ «Корунд». Установлено, что при нанесении 5 мл жидкогофоторезиста и центрифугирование со скоростью 3000 об/мин, а также17последующей двухступенчатой термообработки при температурах 90 и 120 ºС втечение 30 минут при каждой из указанных температур, образовывалисьсплошные слои фоторезиста, толщиной 1,15-1,35 мкм.
Шероховатостьповерхности фоторезистивных слоев во всех случаях находилась в интервале0,2 – 0,3 нм.Для "подгонки" толщины фоторезиста до требуемой толщины 1± 0,01 мкмиспользовался процесс плазмохимического травления в установке с удаленнойплазмой, осуществляемый в найденных ранее оптимальных условиях,обеспечивающих возможность точного контроля скорости травления и низкуюшероховатость обрабатываемого фоторезистивного слоя: давление 30 Па,мощность 15 Вт, температура подложки 120 ºС, удаление обрабатываемогообразца из области генерации разряда на расстояние 220 мм.Продолжительностьпроцессатравлениязависелаоттолщиныфоторезистивного слоя, подлежащего удалению, и составляла 15-25 минут.На сформированном «жертвенном» слое фоторезиста с применением двухтехнологическихпроцессов:вакуумно-термическогоосаждения,обеспечивающего нанесение слоя толщиной 0,3 мкм, и последующегогальванического осаждения Au, формировали металлическую двухслойнуюмембрану, толщиной 1 мкм.
На рис. 9 показаны изображения поверхностифоторезистивной пленки после плазмохимического травления и поверхностиметаллической мембраны. Как видно, ее морфология практически копируетморфологию поверхности «жертвенного» слоя, значения шероховатостиповерхностей также практически совпадали и не превышали 0,2-0,3 нм.Измерение емкости между электродами, используемыми как элементыэлектростатического привода, и мембраной показало, что при отсутствиинапряжения смещения, то есть при начальном положении мембраны, емкостьсоставляла 0,02 пФ, а при опускании мембраны к поверхности подложки – 0,1пФ.
Отношение значений емкости до подачи напряжения смещения и послезамыкания мембраны на управляющий электрод (коэффициент перекрытия)составило 5÷6. Разброс величины емкости, измеренной более, чем у 100созданных на различных подложках приборах, не превышал 5 %. Этосвидетельствовало как о высокой воспроизводимости значений высотымостиковых структур, так и воспроизводимом и небольшом уровнешероховатости нижней поверхности перемещаемых мембран. В этой связи,полученные в ходе измерений значения коэффициента перекрытия созданных18мостиковых структур позволяют рекомендовать конструкцию МЭМСпереключателя в качестве альтернативы полупроводникового варактора.абРисунок 9 АСМ- изображения поверхности фоторезистивной пленкипосле плазмохимического травления (а) и поверхности металлическоймембраны (б)ОБЩИЕ ВЫВОДЫВ соответствии с поставленной целью исследований в диссертационнойработе решена задача по выявлению основных закономерностей процессовплазмохимического травления фоторезистивных «жертвенных» слоев и наэтой основе разработана технология их прецизионного плазмохимическоготравления, пригодная для создания микромостиковых структур в изделияхмикросистемной техники.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
