Тонкопленочная медь как маскирующий слой в процессе плазмохимического травления кварца

В [1] была описана методика получения дифракционных микрорельефов на торцах галогенидных ИК-волноводов путем горячей штамповки. В качестве матриц использовались пластины кварцевого стекла толщиной 1...2 мм, микрорельеф на которых был изготовлен методами «мокрой» фотолитографии. Из-за изотропии химического травления угол боковых граней структур (клин травления) в лучшем случае был равен 430 (в идеале не лучше 450) (рис. 1).

Рис. 1. Микрорельеф матрицы, полученной химическим травлением (клин травления –430)

Для приближения реальной структуры к расчетным данным была предпринята попытка применить при изготовлении матриц плазмохимическое травление. Однако для получения необходимых глубин травления (2...7 мкм) устойчивость обычных (фоторе-зистивных масок) к плазме оказалась недостаточной.

При решении задачи увеличения стойкости маски было решено использовать тонкопленочную медь, как материал, прекрасно поддающийся процессам фотолитографии и достаточно устойчивый к реагентам плазмохимического травления кварца.

Описание процесса

Для формирования микрорельефа штамповочной матрицы были произведены следующие технологические операции:

• -    нанесение на кварцевую подложку маскирующих слоев;

• -    перенесение рисунка матрицы на маскирующий слой методом фотолитографии и жидкого травление материалов маски;

• -    плазмохимическое травление материала подложки с перенесением рисунка матрицы.

На первом этапе на кварцевую пластину методом вакуумного напыления были последовательно нанесены тонкие пленки хрома и меди. Хром был использован в качестве подслоя из-за относительно плохой адгезии слоя меди к поверхности кварца. Толщина пленок составила: хрома – 70-80 нм, меди – 350-400 нм.

В качестве шаблона для проведения фотолитографии был использован шаблон, полученный с использованием станции круговой лазерной записи CLWS-200. Шаблон представляет собой стеклянную пластину размером 102х102 мм со слоем хрома толщиной 80 нм. Рисунок шаблона представляет собой дифракционную решетку с периодом 30 мкм.

На металлизированную кварцевую пластину методом центрифугирования был нанесен фоторезист марки ФП-4-04 (рис. 2 а ). При скорости вращения центрифуги 3000 об/с толщина слоя нанесенного слоя фоторезиста составила 600-700 нм. После первой термообработки фоторезист был экспонирован на установке ЭМ-5006 и проявлен (рис. 2 б ).

Следующим этапом было проведено последовательно жидкое травление слоев меди и хрома (рис. 2 в , 2 г ).

Кварцевая подложка со сформированной защитной маской была подвергнута плазмохимическому травлению. Травление осуществлялось на установке УТП ПДЭ-125-009 со следующими параметрами: мощность ВЧ 600 Вт (согласование оптимальное), расход травящего газа (хладон-12 – CCl 2 F 2 ) [2, 3] 0,8*10-6 м³/с, давление в реакторе 1 Па.

В данном режиме скорость травления кварца составила 40 нм/мин. При этом высокая плазмохимическая стойкость меди позволяет травить кварц до глубин свыше 6 мкм.

Рис. 2. Стадии формирование микрорельефа штамповочной матрицы: а) - перед фотолитографией; б) - после фотолитографии; в) - травление слоя меди;

г) - травление подслоя хрома;

д) - плазмохимическое травление кварца

При измерениях, проведенных на сканирующем зондовом микроскопе «NanoEducator» и микроинтерферометре «ZYGO» клин (угол) травления составил около 600 (рис. 3), что значительно больше, чем при химическом травлении (430).

Из литературы (например [4]) известно, что угол травления может достигать 840 . Таким образом, при более тщательном подборе реагентов травления и ре-

жимов обработки кварца возможно получение углов подтрава (клина травления), приближающихся к 900.

Рис. 3. Приофиль микрорельефа при плазмохимической обработке

Заключение

Предложена методика формирования микрорельефа плазмохимическим травлением с использованием маскирующих свойств меди.

Определена скорость травления кварцевой подложки, которая составила 40 нм/мин. Достигнута глубина травления свыше 6 мкм.

Авторы считают, что разработанная методика найдет применение при изготовлении кварцевых ДОЭ и матриц для формирования микрорельефов на торцах галогенидных волноводов.

Работа выполнена при поддержке российско-американской программы «Фундаментальное исследование и высшее образование» (“BRHE”, грант CRDF RUX0-014-SA-06), а также грантов РФФИ №06-07-08074 и №07-02-12134-офи.