Способ получения покрытий Советский патент 1984 года по МПК B05D3/06 

Изобретение относится к получению плазменно-полимеризованных тонких покршгий в вакуумной камере и может быть использовано при создании надежных покрытий с высокими механичес- s кими, диэлектрическими и оптическими свойствами, например, в технологии получения интегральных схем, интегральной оптики, приборостроении и медищсне:.Ю

Известен способ получения покрйтия в камере, в которую помещают источник покрывного материала, электрическое поле между источником покрывного материала и is электродом-подложкой. За счет э шcсии заряженных частиц из источника производят осаждение и внедрение частиц в подложку 1J .

Недостатками этого способа яв- 20 ляются ниЭкая производительность и невозможность получения полймеризованного покрытия, так как используется электропроводный источник покрывНОГО материала.25

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения покрытий в вакуумной камере, вклю- , чакщнй создание электрического поля зо между электродами, введение в междуэлектродньй промежуток паров мономе- ра для создания в нем зоны генерагщи плазмы, осаждение на изделии и полимериза1щю в плазме ионизованных в j плазме молекулярных фрагментов органического мономера. Согласно известному способу осаждение молекулярных фрагментов ведут путем внедрения их в пове1исиостный слой изделия, для д

чего заряженные молекулярное фрагменты ускоряют в электрическом поле энергией больше tO кэБ. 1

Недостатком известного способа

является невозможность управления свойствами покрытия в процессе полимеризации, главным образом, смачиваемостью. Недостаточная смачиваемость покрытия делает невозможным пЬлучение топологических рисунков на 50 вьшускаемых для фотолитографии негативных и позитивных фоторезистах. Кроме того, в контакт с поверхностью вступают не только ионизованные в плазме молекулы мономера, но и круп-55 ные молекулярные фрагменты, состоя- щие 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 электродают, 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 органическог мономера или яолимера ионизованные в плазме молекулярные фрагменты вы- водят 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 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 t) и тёркокатод 4. Установка снабжена соленоидом 5 фокусировки электронного пучка и регулировочными клапанами 6, Соединенными с каналами подачи в вакуумную камеру 1 газообразного шш жидкого мономера или полимера 7. В камеру 1 введены также дополнительный электрод (катод) 8, держатель 9 и изделия 10.

I .

Получение покрытий производят следующим образом.

В вакуумной камере 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 и термокатодом 4, на который подают отрицательный потенциал электрического поля и который разогревают переменным током. Фокусировку электронного пучка термокатода осуществляют помоцыо соленоида 5. Термокатод 4 используют двояко: как высокотемпературный элемент, с помощью которого термическим путем разлагают на молекулярные фрагменты и отдельные мoлeкyJш подводимые к нему через регулировочные клапаны 6 пары исходного органического мономера или полимера 7; как источник электронов, ионизирующих газовую среду в междуэлектродном промежутке После создания электрического поля между электродами 3 и 4 в высо- котемператзгрн зону вблизи термокатода 4 подают исходный органический мономер или полимер 7, или их смесь в жидком и/или газообразном состоянии. Под воздействием высокой температуры термокатода 4 происходит тер 1 шческое разложение исходного вещества (или веществ) на га-зообраэные молекулярные фрагменты. При этом вследствие резкого увеличения числа газообразных частиц в междуэлектродном промежутке и бo fбapдиpoвки их электронами термокатода между электродами возникает зона генерации плаз мы, содержащая помимо электронов положительно 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 элект родом (катодом) 8, который размещают вне зоны генерации плазменного разря да. Положительно ионизованные в плазм Молекулярные фрагменты ускоряют в дополнительном электрическом поле. Они приобретают высокую энергию и соударяются с электродом 8. Энергия взаимодействия молекулярньпс фрагментов с дополнительным электродом 8 недостаточна для его разрушения, но на несколько порядков превьшает энергию химического взаимодействия внутри самих молекулярных фрагментов В результате соударения они разбиваются на более мелкие молекулярные образования и при достаточно сильном дополнительном электрическом поле - на отдельные молекулы, которые отражаются от дополнительного электрода в виде потока раздробленных молекулярных фрагментов. Диапазон энергий, до которых ускоряют ионизованные молекулярные фрагменты в дополнительном электрическом поле, составляет от 100 эВ до 10 кэВ. Держатель 9 с размещенными на нем изделиями 10 устанавлившот на пути отраженного потока раздробленных молекулярных фрагментов. На изделиях 10 происходит их осаждение и полимеризация в виде тонкого полимерного покрытия. Пример 1. Для получения покрытий используют серийную установку ионно-плазменного распыления УВН-75РЗ. В качестве основных электродов для создания плазменного разряда используют термокатод установки, на который подают 160 В, и корпус установки (анод), который заземляют. Минимальное расстояние между термокатодом и корпусом установки составляет 200 мм. Термокатод разогревают переменным током от источника напряжения B-v/IO 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 мм, устанавливают держатель из нержавеющей стали. На нем закрепляют изделия - пластины из ситалла марки СТ-50 размером 60ммх48ммхО,5мм. После создания основного и дополнительного электрических полей в вакуумной камере создают разрежение рт.ст. Через игольчатый регулировочный клалан в высокотемпературную зону на расстоянии 2,5 см термокатода подают исходный органический полимер - силиконовое масло марки МФТ-1, химическая формула ( . После подачи указанного вещества и падения вакуума до рт.ст. автоматически зажигается плазменный разряд, и на подложках, установленных напротив дополнительного электро да, начинается процесс осаящения и полимеризации в виде растущего полимерного покрытия. При контролируемой температуре изделий процесс ведут в течение 60 мин, за которые на изделия}; образуется пленочное покрытие толщиной в 0,2 мкм. Пример 2. Исполъззпот устано ку и технологические режимы аналогич но примеру 1. В качестве исходного органического реагента используют полим -силиконовое масло марки ПЭС-В2, химическая .формула ()SiOl(()j. цесс ведут 60 мин, толщина пленки О,2 мкм. Пример 3. Используют установку и технологические режимы аналогично примеру 1. Б качестве исходного органического реагента используют мономер тетраэтоксисилана, хими ческая формула ();jSi. В течение 160 мин получают пленку тол1щной 0,2 мкм. Пример 4. Используют установку и технологические р ежимы. анало гично примеру 1. В качестве исходног органического реагента используют монсичгер тетрабутоксититана, химическая формула ()Ti. В течение 120 мин получают пленку толщиной 0,2 мкм. Пример 5. Используют установку и технологические режимы ана-« логично примеру 1, В качестве исходного реагента используют органически полимер - силиконовое масло ПФМС-2/5 химическая формула (CH-j) SiOCCHjnuHjSiO) 8(СНз)з В течение 60 мин полут1ают пленку толщиной 0,2 мкм. Пример 6. Используют установку, исходный реагент и технологические режиюй аналогично примеру 5, но потенциал смещения на дополнитель ном электроде устанавливают в -3 кВ В течение 60 мин получают пленку толщиной 0,2 мкм. Пример 7 (известньй способ)

йспользуют установку, исходный реагент и технологические режимы аналогично примеру 5, но потенциал смещения на дополнительном электроде устанавливают равным 0. Таким образом, в отсутствие дополнительного электрического поля создают режим, соответствующий известному способу

левыми свойствами. 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 |В течение 60 ътн получают пленку толщиной 0,2 мкм. На образцах пленочных покрытий, поЛ5гченнык в примерах 1-7, проводят: испытания на фотолитографическое разрешение с использованием позитивньсс фоторезистов и тестового фотошаблона с минимальными размерами элементов до 1,5 мкм и ионного травления пленок на заключит ельной 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 топологические рисунки высокого разрешения, что крайне важно при использовании такой пленки в технологии интегральных микросхем, например, для создания межуровиевой изолшдии. 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) можно простым путем управлять степенью раздробления ударяю1цихся об электрод молекулярных фрагментов и тем самым получать покрытия с различными це711237458

можно проводить при низкой, вплоть ческих напряжений в переходном слое до комнатной, температуре,чСв Позво- покрытие - изделие, возникающих при ляет избежать нежелательных терми- высокотемпературном синтезе.

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 устанавли- вают на пути отраженного потока раз(Л дробленных молекулярных фрагментов. ЖU ffOCfTft