Способ получения покрытий

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 092 (112 зав В 05 0 3/061 )ь 1ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ;3 Ьйф,"1ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ(71)- Институт электронных управляющихмашин(56) 1. Патент США Яд 4107350,кл. В"05 В 3/06, опублик, 1978.2. Патент США 9 4264642,кл. В 05 0 3/06, опублик. 1981(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙв вакуумной камере, включающий создание электрического поля между электродами, введение в междуэлектродныйпромежуток 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 устанавлиС вают на пути отраженного потока раздробленных молекулярных фрагментов.1123Изобретение относится к получениюплазмевно-полимеризованных тонкихпокрытий в вакуумной камере и можетбыть использовано прн создании надежных покрытий с высокими механическими, диэлектрическими и оптическимисвойствами, например, в технологииполучения интегральных схем, интегральной оптики, приборостроении имедицине. 10Известен способ получения покрытияв вакуумной камере, в которую поме-щают источник покрывного материала,создают электрическое поле между источником покрывного материала и .15электродом-подложкой. За счет эмиссии заряженных частиц из источникапроизводят осаждение и внедрение частиц в подложку 11,Недостатками этого способа являются низкая производительность иневозможность получения полимеризованного покрытия, так как используется электронроводный источник покрьв 1 ного матЕриала, 25Иаиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому эффекту является способ полученияпокрытий В вакуумной камере включающий создание электрического поля ЗОмежду электродами, введение в междус.,электродный йромежуток паров мономера для создания в нем зоны генерацииплазмы, осаждение на изделии и полимериэацию в плазме ионизованных вплазме молекулярных фрагментов органического мономера, Согласно известному способу осаждение молекулярныхфрагментов ведут путем внедрения ихв поверхностный слой изделия, для 4 б,чего заряженные молекулярные Фрагменты ускоряют в электрическом полеэнергией больше 10 кэВ,1Недостатком известного способаявляется невозможность. управления 45свойствами покрытия в процессе полимеризации, главным образом, смачиваемостью. Недостаточная смачиваемость покрытия делает невозможнымполучение топологических рисунков на 5 Овыпускаемых для фотолитографии негативных и позитивных фоторезистах.Кроме того, в контакт с поверхностьювступают не только ионизованные вплазме молекулы мономера, но и круп 55ные молекулярные Фрагменты, состоящие из многих молекул. Эти фрагментывстраиваются в растущую полимерную пленку, нарушают ее. однородность иявляются причиной ухудшения механических свойств покрытия, адгезии кизделию,Цель изобретения - получение покрытий, пригодных для Фотолитографии,улучшение механических свойств иадгезии.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу полученияпокрытий в вакуумной камере, включающему созданне электрического полямежду электродаии, введение в междуэлектродный промежуток паров органического моиомера нлн полимера длясоздания в нем зоны генерации плазмыосаждение на изделии и нолимеризацию в плазме ионизованных в плазмемолекулярных фрагментов органическогомономера или нолимера, ионизованныев плазме молекулярные фрагменты выводят из зоны генерации плазмы поддействием 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 расположеныэлектроды для создания плазменногоразряда: анод 3 (корпус вакуумной ка".меры 1) и термокатод 4, Установкаснабжена соленоидом 5 Фокусировкиэлектронного пучка и регулнровочнымиклапанами 6, соединенными с каналамиподачи в вакуумную камеру 1 газообразного или жидкого мономера или полимера 7, В камеру 1 введены также дополнительный электрод (катод) 8,держатель 9 и изделия 10.1Получение покрытий производят следующим образом.В вакуумной каере 1 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 нтермокатодом 4, на который подаютотрицательный потенциал электрического поля и который разогревают пере 3 1123 меиным током. Фокусировку электронного пучка термокатода осуществляют е 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 ра или полимера 7; как источник электронон, ионизирующих газовую среду в междуэлектродном иромежутке,После создания электрического ноля между электродами 3 и 4 в высо .котемпературную зону вблизи термокатода 4 подают исходный органический моиомер или полимер 7, или их смесь в жидком и/нли газообразном состоянии. Под воздействием высокой темпе О 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 термокатодамежду электродами возникает зона генерации нлазиы, содержащая помимо электронов по- ЗО ложительно и отрицательно ионизованные молекулярные фрагменты, образовавшиеся при термическом разложении исходного. органического вещества (или веществ),Одновременно с этим процессом в вакуумной камере 1 создают додолннтельное электрическое поле между заземленным корпусом вакуумной камеры 1 (анодом 3) и дополнительным злект-. 40 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 8Энергия 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 биваются на более мелкие молекулярные образования и прн достаточно .сильном дополнительном электрическом.4поле - 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 нолимеризация в виде тонкого полимерного покрытияП р и м е р 1. Для получения покрытий используют серийную усановку ионио-плазменного распыления УВН- РЗ. В 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 ю 10 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 М-Ге (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 СТразмером 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 МФТ, химическая формула (СНСН 810 . После подачи указанного вещества и падения вакуума до 510 мм рт,ст.автоматически зажигается плазменный разряд, и на подложках, установлен 1123745ных напротив дополнительного электро- да, начинается процесс осаждения и полймеризации 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.П р и м е р 2. Используют установку и технологические режимы аналогич но примеру 1. В качестве исходного . органического реагента используют полимер-силиконовое масло марки ПЭС-В 2, химическая ,формула (С Н 5) 80(С Н 5) 80 8(С Н ) . Про"15 цесс ведут 60 мин, толщина йленки 0,2 мемеП р и м е р 3, Используют установку и технологические режимы аналогично примеру 1. В качестве исходного органического реагента используют мономер тетраэтоксиснлана, химическая формула (СН 50)4 81. В течение 160 мни получают пленку толщиной 0,2 мкм.25П р и м е р 4, Используют установку и технологические режимы.аналогично примеру 1. В качестве исходного органического реагента используют мономер тетрабутоксититана, химичес" 30 кая формула (С 4 НО)4 Т 1. В течение 120 мии получают пленку толщиной 0,2 мкм.П р и м е р 5. Используют установку и технологические режимы ана З 5 логично примеру 1. В качестве исходного реагента используют органический полимер - силиконовое маслоПФИС/5 Л, химическая Формула(СН) 830(СНзГ Н 5810)3 81(СН 5) 3В 40 течение 60 мин получают пленку толщиной 0,2 мкм.П р и м е р 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.П р и м е р 7 (известный способ). 0 Используют установку, исходный реагент и технологические режимы аналогично примеру 5, но потенциал смещения и дополнительном электроде устанавливают равным О. Таким образом, в отсутствие дополнительного электрического поля создают режим, соответствующий известному способу 1 В течение 60 мин получают пленку толщиной 0,2 мкм.На образцах ппеночных покрытий, полученных в примерах 1"7, проводят: испытания на фотолитографическое разрешение с использованием позитивных Фоторезистов и тестового фото- шаблона 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 до" полнительного 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 из" менения каких-либо других параметров самого плазменного разряда. Кроме того, согласно предлагаемому способу получение полимерных пленок1123745 8можно проводить при низкой, вплоть ческих напряжений в переходном слоедо комнатной, температуре чтапозво- покрытие - изделие, возникающих приФляет избежать нежелательных терми- высокотемпературном синтезе. ТолПотенПри- Исходный ремер агент" щинапленки, мкм 1 МФТЗаказ 8176/10 Тираж 671 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 циалсмешения надополнйтельномэлектроде,кВ Фотолитографическоеразрешение,мкм 0Нет смачиваемости Ф/резистом) Микротвердостьпленки,кг/мм Адгезия