Органика
Травление полимеров.
Травление полимеров в зависимости от типа самого полимера, может
оказаться очень сложным процессом, либо наоборот, предельно
упроститься. Сложность данного процесса заключается в том, что
полимерные вещества очень сильно различаются по своему составу.
Например, полипропилен содержит несколько сотен различных полимерных
структур, каждая из которых по-своему влияет на общие свойства
материала, что создает серьезные препятствия в разработке способа
травления. В связи с этим в технологии травления полимеров используется
смесь газов. В случае применения, например, смеси кислорода и CF4,
образуются ионы OF-, которые является мощным реагентом для
травления полимерных структур. Эти ионы особенно хорошо подходят для
разрыва молекулярных связей типа углерод-углерод в полимерных
соединениях и быстрому удалению молекул.
Один из способов применения процессов травления полимеров – это создание отверстий в полиамиде для последующей металлизации и построения межслойных переходов. Проще всего для данной области применения использовать смесь кислорода и CF4 в пропорции 80% к 20% для понижения давления и повышения мощности. Время процесса будет зависеть от состава полиамида и глубины отверстий, однако сниженное давление будет обеспечивать чистые отвесные боковые стенки отверстия. В таком случае травлению будет подвергаться только полимер, что обеспечит высокий уровень селективности процесса. Благодаря этому проводящий рисунок во время операции травления не повреждается.
Второй способ травления связан с травлением полиамидного покрытия на полупроводниковых пластинах. Опять-таки, этот процесс во многом похож на процесс травления фоторезиста, в котором давление поддерживается на относительно высоком уровне для лучшей согласованности, а мощность увеличивается для повышения скорости травления. Вдобавок, эта операция схожа и с травлением стекла, потому что структура полиамида может меняться, а это, соответственно, служит причиной для возникновения непредсказуемых изменений скорости травления. Обычно в качестве отправной точки при настройке процессов такого рода используется высокое давление и пониженная мощность вч-колебаний.
Третьим способом травления полимеров является травление плакированного покрытия оптоволокна. Оптоволокно состоит из расплавленной кварцевой основы, толщиной приблизительно 100 мкм, окруженной полиуретановым плакированием, толщиной обычно около 125 мкм. Основной задачей в этом случае является полное стравливание необходимых участков плакированного слоя и обнажения кварцевой основы без ее повреждения. Для однородной обработки всей длины волокна необходима плазма с высокой степенью изотропии. Давление в рабочей камере выбирается в районе 0,667 мБар, а во время обработки поддерживается высокая мощность ВЧ-колебаний. Время в данном случае является одним из важнейших параметров, т.к. при использовании смеси кислорода и CF4 в соотношении 90% и 10% соответственно, существует возможность повреждения кварцевого стержня. Поэтому процесс травления не должен продолжаться после стравливания плакированного покрытия.
В разряде чистого кислорода образуются вещества, активно воздействующие на органические материалы, и конечными продуктами являются монооксид углерода, углекислый газ и вода. Доминирующий механизм разложения состоит в разрыве цепочки полимера. Добавление инертного газа стабилизирует плазму кислорода. Абсолютная скорость травления полимера зависит от структуры строения полимера (линейная, сетчатая) и от структуры связи органических молекул. Чем больше плотность связей, тем более стоек полимер при травлении в плазме.
Есть работы, в которых показано, что скорость травления полимеров резко возрастает (при одинаковой высокочастотной (ВЧ) мощности и составе газов), если есть ионная бомбардировка, например, скорость травления задубленного фоторезиста повышается в 10 раз.
Добавка фторуглеродов в кислород увеличивает скорость травления полимеров. Смесь фторуглеродов с кислородом (20% кислорода) является также стандартным травителем для кремния при плазмохомическом травлении и при ионно-стимулированном травлении оксида кремния (стекол).
Реакцию на поверхности полимера можно разделить на пять стадий, самая медленная из которых определяет скорость процесса (химию процесса можно сравнить с химией горения).
Один из способов применения процессов травления полимеров – это создание отверстий в полиамиде для последующей металлизации и построения межслойных переходов. Проще всего для данной области применения использовать смесь кислорода и CF4 в пропорции 80% к 20% для понижения давления и повышения мощности. Время процесса будет зависеть от состава полиамида и глубины отверстий, однако сниженное давление будет обеспечивать чистые отвесные боковые стенки отверстия. В таком случае травлению будет подвергаться только полимер, что обеспечит высокий уровень селективности процесса. Благодаря этому проводящий рисунок во время операции травления не повреждается.
Второй способ травления связан с травлением полиамидного покрытия на полупроводниковых пластинах. Опять-таки, этот процесс во многом похож на процесс травления фоторезиста, в котором давление поддерживается на относительно высоком уровне для лучшей согласованности, а мощность увеличивается для повышения скорости травления. Вдобавок, эта операция схожа и с травлением стекла, потому что структура полиамида может меняться, а это, соответственно, служит причиной для возникновения непредсказуемых изменений скорости травления. Обычно в качестве отправной точки при настройке процессов такого рода используется высокое давление и пониженная мощность вч-колебаний.
Третьим способом травления полимеров является травление плакированного покрытия оптоволокна. Оптоволокно состоит из расплавленной кварцевой основы, толщиной приблизительно 100 мкм, окруженной полиуретановым плакированием, толщиной обычно около 125 мкм. Основной задачей в этом случае является полное стравливание необходимых участков плакированного слоя и обнажения кварцевой основы без ее повреждения. Для однородной обработки всей длины волокна необходима плазма с высокой степенью изотропии. Давление в рабочей камере выбирается в районе 0,667 мБар, а во время обработки поддерживается высокая мощность ВЧ-колебаний. Время в данном случае является одним из важнейших параметров, т.к. при использовании смеси кислорода и CF4 в соотношении 90% и 10% соответственно, существует возможность повреждения кварцевого стержня. Поэтому процесс травления не должен продолжаться после стравливания плакированного покрытия.
В разряде чистого кислорода образуются вещества, активно воздействующие на органические материалы, и конечными продуктами являются монооксид углерода, углекислый газ и вода. Доминирующий механизм разложения состоит в разрыве цепочки полимера. Добавление инертного газа стабилизирует плазму кислорода. Абсолютная скорость травления полимера зависит от структуры строения полимера (линейная, сетчатая) и от структуры связи органических молекул. Чем больше плотность связей, тем более стоек полимер при травлении в плазме.
Есть работы, в которых показано, что скорость травления полимеров резко возрастает (при одинаковой высокочастотной (ВЧ) мощности и составе газов), если есть ионная бомбардировка, например, скорость травления задубленного фоторезиста повышается в 10 раз.
Добавка фторуглеродов в кислород увеличивает скорость травления полимеров. Смесь фторуглеродов с кислородом (20% кислорода) является также стандартным травителем для кремния при плазмохомическом травлении и при ионно-стимулированном травлении оксида кремния (стекол).
Реакцию на поверхности полимера можно разделить на пять стадий, самая медленная из которых определяет скорость процесса (химию процесса можно сравнить с химией горения).
- Перенос реагента (атомарного кислорода или фтора) к поверхности полимера.
- Адсорбция реагента полимером.
- Реакция на поверхности полимера (окисление).
- Десорбция летучих продуктов (CO2, CO, H2O и радикалы).
- Перенос продуктов от поверхности полимера в газовую фазу.