Oberflächenmodifizierung von Polymethylmethacrylat durch ...

Kapitel 4: Ergebnisse und Diskussion 84
ebenfalls begleitend wirksam sein. Diese für PMMA durchaus typische Abspaltung der
Grundbausteine in Form von Monomermolekülen erfolgt zuerst an den Endgruppen mit der
Bildung von Allylradikalen durch homolytische Bindungsspaltung. Diese Radikalstellen sind dann
die Startzentren für die Depolymerisation, bei dem das Monomer MMA ständig abgeführt wird.
Eine Aussage darüber, welche Bestandteile während der Plasmabehandlung aus der Kammer
abgeführt werden, kann an dieser Stelle nicht getroffen werden, da die dafür notwendige Technik
nicht zur Verfügung stand. Mit hoher Wahrscheinlichkeit tritt dieser Mechanismus allerdings nur in
den tieferen Regionen auf, d. h. zwischen den Strukturen, dort wo Materialabtrag stattfindet.
Um eine Ätzrate für diesen Materialabtrag zu bestimmen, wurden die Ergebnisse der FTIR-
Analyse verwendet. Da bei der FTIR-Messung in Transmission die Peakhöhe bzw. die Fläche
unter dem Peak näherungsweise proportional zur Schichtdicke ist, kann die Höhe des
Materialabtrages nach der jeweiligen Ätzzeit mit der Referenzschichtdicke korreliert werden.
Hierzu wurde eine PMMA-Schicht bestimmter Dicke auf einen Siliziumwafer im Spin-Coat-
Verfahren aufgebracht. Die Bestimmung der Ausgangsdicke erfolgte mittels Talysurf, einem
Oberflächenmesssystem der Firma Taylor Hobson. Anschließend wurde der Siliziumwafer in
mehrere Stücke zerteilt, damit für die nachfolgenden Ar/O2-Plasmabehandlungen immer die
gleiche Referenzdicke zugrunde gelegt werden kann. Die Plasmabehandlung wurde an jeweils
einem PMMA-Siliziumwaferstück bei 120 V für unterschiedliche Zeiten (50 s, 100 s, 150 s,
200 s, 250 s, 300 s) durchgeführt. Abb. 65 zeigt einen Ausschnitt aus den aufgenommenen FTIR-
Spektren im Bereich der CH2/CH3-Schwingungsbanden. Zur besseren Übersicht werden im
gezeigten Diagramm nur vier repräsentative Spektren stellvertretend dargestellt.
Zur Ermittlung der Ätzrate wurde die Fläche unter den CH2/CH3-Peaks im Wellenzahlenbereich
von 3100 cm -1 bis 2800 cm -1 integriert und als Basiswert herangezogen. Die IR-Spektren zeigen
eine Dickenabnahme, die über den gesamten Plasmaprozess relativ linear verläuft, allerdings unter
der Annahme, dass nur die Restdicke der verbleibenden PMMA-Schicht auf dem Siliziumwafer
detektiert wird und die sich ausbildenden Strukturen vernachlässigt werden. Die absoluten
Schichtdickenwerte können aus Abb. 66 entnommen werden. Weiterhin wird deutlich, dass
bereits nach einer Plasmabehandlung von 50 s ein Materialabtrag nachweisbar ist.
Aus der Schichtdickenreduktion kann für eine Bias-Spannung von 120 V eine durchschnittliche
Ätzrate von ≈ 1 nm/s bis 2 nm/s bestimmt werden.