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Modellierung und Diagnostik einer Remote-Mikrowellen-Plasmaquelle zum Hochrateätzen
(2024) Pauly, Steffen; Tovar, Günter E. M. (Prof. Dr.)
Bei der Herstellung von Mikrosystem-Strukturen werden Fotolacke eingesetzt, um über lithografische Verfahren Oberflächenstrukturen im Sub-Mikrometerbereich herzustellen. Der Fotolack wird als dünne Schicht auf ein Substrat aufgebracht und durch eine Maske, welche die zu erhaltende Struktur enthält, über UV-Licht ausgehärtet. Dabei dient der strukturierte und ausgehärtete Lack als Schutz für die darunterliegenden Schichten oder als formgebende Struktur der unbedeckten Bereiche. Diese Bereiche können über Ätzprozesse abgetragen oder durch galvanische Abscheidung mit einer Metallschicht überzogen werden. Im Anschluss muss der ausgehärtete Fotolack wieder entfernt werden. Das Problem dabei ist, dass dieser ein hochstabiles vernetztes Material darstellt, was nur äußerst schwer wieder entfernt werden kann, ohne dass dabei die aufgebrachten Metallstrukturen oder die geschützten darunterliegenden Schichten beschädigt werden. Die Entfernung des ausgehärteten Lacks geschieht heutzutage über Trockenätzverfahren. Diese Arbeit befasst sich deshalb mit der simulativen und experimentellen Untersuchung einer im Niederdruck arbeitende Remote Mikrowellen Plasmaquelle (RMPS) der Firma Muegge GmbH, die beim trockenchemischen Hochrateätzen von Fotolacken Anwendung findet. Dazu werden Mikrowellensimulationen durchgeführt, die die Feldverteilung in der Plasmakammer bei Zündbedingungen zeigen, welche über Mikrowellenfeldversuche verifiziert werden konnten. Mit dem Drude-Modell werden vereinfachte Plasmasimulationen durchgeführt, die den Einfluss der Elektronendichte auf das Mikrowellenfeld veranschaulichen. Der visuelle Vergleich der Drude-Modell-Simulationen mit Fotografien des Plasmas verdeutlicht auch hier eine gute Übereinstimmung. Die Erweiterung der Simulation mit dem Fluid-Modell berücksichtigt Teilchenbewegungen und Reaktionen im Plasma. Die Ergebnisse zeigen den zeitlichen Verlauf der Elektronendichte in der RMPS, welche über dreidimensionale Langmuir-Sondenmessungen quantitativ validiert werden konnten.