Способ получения покрытий
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ в вакуумной камере, включаюпщй создание электрического поля между электродами , введение в междуэлектродный промежуток паров органического мономера или полимера для создания в нем зоны генерации плазмы, осаждение на изделии и полимеризацию в плазме ионизованных в плазме молекулярных фрагментов органического мономера или полимера, отличающийся тем, что, с целью получения покрытий, пригодных для фотолитографии, улучшения механических свойств и адгезии, ионизованные в плазме молекулярные фрагменты выводят из зоны генерации плазмы под действием дополнительного электрического поля, ускоряют их в этом поле, раздрабливают об один из электродов дополнительного электрического поля, а изделие устанавливают на пути отраженного потока раз (Л дробленных молекулярных фрагментов. ЖU ffOCfTft
0QO3 СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
092 (112 эав В 05 D 3/06
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OfHPblYMA
) ф
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ;3
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕ ПЛЬЕТВУ 62 К. 16.;.,. (21) 3564649/23-05 (22) 24. 12 ° 82 (46) 15.11.84. Бюл. № 42 (72) В.Ф. Дорфман, Б.Н. Пыпкин, В.В. Севастьянов и Ю.П..Смирнов (71)- Институт электронных управляющих машин (53) 621.793(088.8) (56) 1. Патент США ¹ 4107350, кл. В- 05 9 3/06, опублик. 1978.
2. Патент США ¹- 4264642, кл. В 05 D 3/06, опублик. 1981 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ в вакуумной камере, включающий создание электрического поля между электродами, введение в междуэлектродный промежуток паров органического мономера или полимера для создания в нем зоны генерации плазмы, осаждение на изделии и полимеризацию в плазме ионизованных в плазме молекулярных фрагментов органического мономера или полимера, отличающийся тем, что, с целью получения покрытий, пригодных для фотолитографии, улучшения механических свойств и адгезии, ионизованные в плазме молекулярные фрагменты выводят из зоны генерации плазмы под действием дополнительного электрического поля, ускоряют их в этом поле, раздрабливают об один из электродов дополнительного электрического поля, а иэделие устанавли- Е с вают на пути отраженного потока раздробленных молекулярных фрагментов.
Ф 1123
Изобретение относится к получению плазменно-полимеризованных тонких покрытий в вакуумной камере и может быть использовано прн ааздании надежных покрытий с высокими механическими, диэлектрическими и оптическими свойствами, например, в технологии получения интегральных схем, интегральной оптики, приборостроении и медицине. 10
Известен способ получения покрытия в вакуумной камере, в которую поме- щают источник покрывнога материала, создаот электрическое поле между источникам покрывного материала и .i5 электродом-подложкой. За счет эмиссии заряженных частиц из источника производят асаждение и внедрение частиц в подложку (11.
Недостатками этого способа яв- 2п ляются низкая производительность и невозможность получения полимеризаванного покрытия, так как используется электранроводный источник покрыв. ного матЕриала. 25
Иаиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения покрытий и вакуумной камере, включающий создание электрического поля ЗО между электродами, введение в междус., электродный йромежуток паров манаме» ра для создания в нем зоны генерации плазмы, осаждение на изделии и полимериэацию в плазме ионизованных в плазме молекулярных фрагментов органического мономера. Согласно известному способу осаждение молекулярных фрагментов ведут путем внедрения их в поверхностный слой изделия, для ,чего заряженные молекулярные фрагменть ускоряют в электрическом поле энергией больше 10 кэВ.
Недостатком известного способа является невозможность. управления 45 свойствами покрытия в процессе полимеризации, главным образом, смачиваемостью. Недостаточная смачиваемость покрытия делает невозможным получение топологических рисунков на 5О выпускаемых для фотолитографии негативных и позитивных фоторезистах.
Кроме того, в контакт с поверхностью вступают не только ианизованные в плазме молекулы мономера, но и круп« 55 ные молекулярные фрагменты, состоящие из многих молекул. Эти фрагменты встраиваются в растущую полимерную пленку, нарушают ее. однородность и являются причиной ухудшения механических свойств покрытия, адгезии к изделию.
Цель изобретения — получение покрытий, пригодных для фотолитографии, улучшение механических свойств и адгезии.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения покрытий в вакуумной камере, включающему создание электрического поля между электродаии, введение в междуэлектродный промежуток паров органического мономера нлн полимера для создания в нем зоны генерации плазмы, осаждение на изделии и нолимеризацию в плазме ионизованных в плазме молекулярных фрагментов органического мономера или нолимера, ионизованные в плазме молекулярные фрагменты выводят из зоны генерации плазмы под действием дополнительного электрического поля, ускоряют их в этом поле, раздрабливают об один иэ электродов дополнительного электрического поля, а изделие устанавливают на нути отраженного потока раздробленных молекулярных фрагментов.
На чертеже приведена схема устройства для реализации предлагаемого способа получения покрытий.
Устройство состоит из вакуумной ° камеры 1 с вакуумным агрегатом 2.
В вакуумной камере 1 расположены электроды для создания плазменного разряда: анод 3 (корпус вакуумной ка.меры 1) и термокатод 4. Установка снабжена соленоидом 5 фокусировки электронного пучка и регулнравочными клапанами 6, соединенными с каналами подачи в вакуумную камеру 1 газообразнога или жидкого мономера или полимера 7, Б камеру 1 введены также дополнительный электрод (катод) 8, держатель 9 и изделия 10.
Получение накрытий производят следующим образом.
В вакуумной камере i создают с помощью вакуумного агрегата 2 предварительное разрежение, более глубокое, чем необходимо для горения плазменного разряда. Для зажигания плазменного разряда создают электрическое поле между заземляемым анодом 3 н термокатодом 4, на который подают отрицательный потенциал электрического поля и который разогревают пере3 1123 менным током. Фокусировку электронного пучка термокатода осуществляют с помощью соленоида 5.
Термокатод 4 используют двояко: как высокотемпературный элемент, с помощью которого термическим путем разлагают на молекулярные фрагменты и отдельные молекулы подводимые к нему через регулировочные клапаны 6 пары исходного органического мономе- 10 ра или полимера 7 как источник электронон, ионизирующих газовую среду в междуэлектродном промежутке.
После создания электрического ноля между электродами 3 и 4 s высо- 1 . котемпературную зону вблизи термокатода 4 подают исходный органический мономер или полимер 7, или их смесь в жидком и/нли газообразном состоянии. Под -воздействием высокой темпе- 2о ратуры термокатода 4 происходит термическое разложение исходного вещества (или веществ) на газообразные молекулярные фрагменты. При этом вследствие резкого увеличения числа 25 газообразных частиц в междуэлектродном промежутке и бомбардировки их электронами термокатода между- электродами возникает зона генерации нлазиы, содержащая помимо электронов по- 3О ложительно и отрицательно ионизованные молекулярные фрагменты, образовавшиеся при термическом разложении исходного. органического вещества (или веществ).
Одновременно с этим процессом в вакуумной камере 1 создают дополнительное электрическое поле между заземленным корпусом вакуумной камеры
1 (анодом 3) и дополнительным злект-. 4О родом (катодом) 8, который размещают вне зоны генерации плазменного разряда.
Положительно ионизованные в плазме молекулярные фрагменты ускоряют в дополнительном электрическом поле.
Они приобретают высокую энергию и соударяются с электродом 8 ° Энергия взаимодействия молекулярных фрагментов с дополнительным электродом 8 недостаточна для его разрушения, но на несколько порядков превышает энергию химического взаимодействия внутри самих молекулярных фрагментов.
В результате соударения они раз- 55 биваются на более мелкие молекулярные образования и прн достаточно .сильном дополнительном электрическом
745. 4 поле — на отдельные молекулы, которые отражаются от дополнительного электрода в виде потока раздробленных молекулярных фрагментов. Диапазон энергий, до которых ускоряют иониэованные молекулярные фрагменты в дополнительном электрическом поле, составляет от 100 эВ до 10 кэВ. Держатель 9 с размещенными на нем изделиями 10 устанавливают на пути отраженного потока раздробленныХ молекулярных фрагментов. На изделиях 10 происходит их осаждение и олимеризация в виде тонкого полимерного покрытия °
Пример 1. Для получения покрытий используют серийную установку ионио-плазменного распыления УВН-75Р3. Б качестве основных электродов для создания плазменного разряда используют термокатод установки, на который подают 160 В, и корпус установки (анод), который заземпяют. Минимальное расстояние между термокатодом и корпусом установки составляет 200 мм. Термокатод разогревают переменным током от источника напря жения в ю10 В. На соленоид фокусировки электронного пучка термокатода подают 160 В. Для создания дополнительного электрического поля используют тот же анод, а в качестве катода— дополнительный электрод из сплава
Ni-Fe (пермаллой) в виде диска диаметром 160 мм и толщиной 3 мм. Его устанавливают на расстоянии 100 мм от термокатода вне зоны генерации плазмы и подают потенциал смещения
-2 кВ.
Напротив дополнительного электрода, на .расстоянии 150 им, устанавливают держатель из нержавеющей стали.
На нем закрепляют изделия — пластины из ситалла марки СТ-50 размером
60 мм х 48 мм х 0,5 мм.
После создания основного и дополнительного электрических полей в вакуумной камере создают разрежение
5 ° 10 мм рт.ст. Через игольчатый ре.гулировочный клапан в высокотемпературную зону на расстоянии 2,5 см термокатода подают исходный органический полимер — силиконовое масло марки
ИФТ-1, химическая формула (CH>QH Si0(..
После подачи указанного вещества и падения вакуума до 5 ° 10 мм рт.ст.
-1 автоматически зажигается плазменный разряд, и на подложках, установлен1123745 ных напротив дополнительного электро- да, начинается процесс осаждения и полКмеризации в виде растущего полимерного покрытия-. При контролируемой температуре изделий +70 С процесс 5 ведут в течение 60 мин, за которые на изделиях образуется пленочное нокрытие толщиной в 0,2 мкм.
Пример 2. Используют установку и технологические режимы аналогич- 1О но примеру 1. В качестве .исходного, органического реагента используют полимер-силиконовое масло марки
ПЭС-В2, химическая,формула (С Н5) 810 ((С,Н5)2 В1О) „31(CZH y) y Hpo-15 цесс ведут 60 мин, толщина йленки
0,2 меме
Hp и м е р 3. Используют установку и технологические режимы аналогично примеру 1. В качестве исходного органического реагента используют мономер тетраэтоксиснлана, химическая Формула (C 160 мни получают пленку толщиной 0,2 мкм. Пример 4. Используют установку и технологические режимы.аналогично примеру 1. В качестве исходногб органического реагента используют мономер тетрабутоксититана, химичес- ЗО кая формула (С4Н О)4 Т1. В течение 120 мии получают пленку толщиной 0,2 мкм. Пример 5. Используют установку и технологические режимы ана логично примеру 1. В качестве исходного реагента используют органический полимер — силиконовое масло ПФИС-2/5Л, химическая формула (СН ) $10(СНзс Н5310)381(СН5)3. В 4о течение 60 мин получают пленку толщиной 0,2 мкм. Пример 6. Используют установку, исходный реагент и технологические режимы аналогично примеру 5, 45 ио потенциал смещения на дополнительном электроде устанавливают в -3 кВ. В течение 60 мин получают пленку толщиной 0,2 мкм. Пример 7 (известный способ). О Используют установку, исходный реагент и технологические режимы аналогично примеру 5, но потенциал смещения на дополнительном электроде устанавливают равным О. Таким образом, в отсутствие дополнительного электрического поля создают режим, соответствующий известному способу 1В течение 60 мин получают пленку толщиной 0,2 мкм. На образцах ппеначных покрытий, полученных в примерах 1-7, проводят: испытания на фотолитографическое разрешение с использованием позитивных фоторезистов и тестового фотошаблона с минимальными размерами элементов до 1,5 мкм и ионного травления пленок на заключительной стадии; измерения микротвердости; измерения величины адгезии к подложке (в относительных единицах, принимая за .1 адгезию пленок, полученных в режиме 7); измерения пробивного напряжения пленок. Результаты указанных испытаний и измерений сведены в таблицу. Результаты показывают способность к высокоразрешающей фотолитографии у пленок, полученных предлагаемым способом, и полное отсутствие таковой ввиду несмачиваемости фоторезистами у пленок, полученных известным способом (пример 7). При наличии дополнительного электрического поля растущее из раздробленных молекулярных фрагментов полимерное покрытие имеет высокую однородность, хорошую адгезию к любым подложкам, а также хорошо смачивается фоторезистами. Последнее позволяет формировать на ней топологнческие рисунки высокого разрешения, что крайне важно при использовании такой пленки в технологии интегральных микросхем, например, для создания межуровневой изоляции. Кроме того, полученное покрытие имеет более высокие электрофизические, химические, механические и оптические свойства.. Изменяя величину напряженности дополнительного электрического поля .(конкретно — потенциал смещения на дополнительном электроде) можйо простым путем управлять степенью раздробления ударяющихся об электрод молекулярных фрагмейтов и тем самым получать покрытия с различными целевыми свойствамн. При этом эффект изменения свойств получаемых пленок достигается без изменения потенциалов на основных электродах и без изменения каких-либо других параметров самого плазменного разряда. Кроме того, согласно предлагаемому способу получение полимерных пленок 7 1123745 8 можно проводить при низкой, вплоть. ческих напряжений в переходном слое до комнатной, температуре чтапозво- покрытие — изделие, возникающих при 4 ляет избежать нежелательных терми- высокотемпературном синтезе. ТолПотенПри- Исходный ремер агент" щнна пленки, мкм 1 МФТ-1 (полимер) 230 240 0,2 2 ПЭС-В2 (полимер) 250 290 1,5 0,2 3 Тетраэтоксисилан (мономер) 210 300 1,5 0,2 4 Тетрабутоксисилан (мономер) 200 220 1,5 0,2 5 ПФМС-2/5 л (полимер) 230 200 1,5 0,2 6 ПФМС-2/5 л (полимер) 245 250 0,2 7 ПФМС-2/5 л (полимер) 155 120 0,2 Составитель Г. Догадин Редактор С. Лисина Техред А.Бабинец Корректор Г. Огар Заказ 8176/10 Тираж 671 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 циал смешения на дополнй,. тельном электроде, кВ Фотолито графическое разрешение, мкм Нет смачиваемости Ф/резистом) Микротвердость пленки, кг/мм Адгезия (в относительных единицах) 1 Пробивное напряжениФ пленки, В
