Способ обработки поверхностей диэлектрических мишеней в вакууме

Способ обработки поверхностей диэлектрических мишеней в вакууме

Реферат

 

Изобретение относится к обработке поверхностей изделий и может быть использовано в микроэлектронике. Целью изобретения является повышение качества обработки за счет улучшения однородности обработки и снижения вносимой дефектности. Сущность предлагаемого способа обработки диэлектрических мишеней состоит в том, что поверхности мишеней бомбардируют пучком положительных ионов, на эмиттирующую поверхность катода - нейтрализатора подают положительный потенциал, изменяя величину которого управляют потенциалом поверхности мишени, причем kT e < E, < U, где k - постоянная Больцмана; T - температура эмиттирующей поверхности катода - нейтрализатора; e - заряд электрона; - потенциал, поданный на эмиттирующую поверхность катода - нейтрализатора; E - энергия пучка ионов; U - напряжение пробоя обрабатываемой мишени. Неоднородность обработки предлагаемым способом составляет величину менее 5% и соответствует неоднородности плотности тока ионов по поперечному сечению пучка.

Изобретение относится к обработке поверхностей изделий и может быть использовано в микроэлектронике. Целью изобретения является повышение качества обработки за счет улучшения однородности обработки и снижения вносимой дефектности. Сущность предлагаемого способа обработки поверхностей диэлектрических мишений состоит в том, что поверхности мишеней бомбардируют пучком положительных ионов, на эмиттирующую поверхность катода-нейтрализатора подают положительный потенциал, изменяя величину которого управляют потенциалом поверхности мишени, причем kT << e < E, < U, где k постоянная Больцмана; Т температура эмиттирующей поверхности катода-нейтрализатора; е заряд электрона; потенциал, поданный на эмиттирующую поверхность катода-нейтрализатора; Е энергия пучка ионов; U напряжение пробоя обрабатываемой мишени. В предлагаемом способе за счет подачи положительного потенциала, много большего температуры эмиттирующей поверхности катода нейтрализатора, выраженной в вольтах, т.е. , электроны, эмиттируемые с катода, не могут попасть на заземленные конструктивные элементы вакуумной камеры. Электроны накапливаются в потенциальной яме, созданной объемным зарядом пучка ионов. Потенциал плазмы понижается до величины, несколько большей потенциала, поданного на катод. Очевидно, что при потенциале плазмы, большем потенциала катода на температуру электронов, все термоэлектроны уходят в плазму, а ток электронов вторичной плазмы на катод экспоненциально мал. В этом случае поток электронов в плазму максимален и равен току насыщения термоэмиссии. При потенциале плазмы, равном потенциалу катода, ток термоэмиссии равен нулю и все электроны из плазмы уходят на катод нейтрализатор. Таким образом, потенциал плазмы в зависимости от стока электронов устанавливается в диапазоне от потенциала катода до потенциала, равного сумме потенциала катода и температуры электронов, выраженной в вольтах. Сток электронов происходит на обрабатываемую поверхность, потенциал которой несколько выше потенциала катода, но ниже потенциала плазмы. При потенциале поверхности, равном потенциалу плазмы, все электроны из плазмы, а следовательно, и с катода-нейтрализатора попадут на обрабатываемую поверхность. При потенциале поверхности ниже потенциала плазмы на температуру электронов, выраженную в вольтах, ток электронов на поверхность экспоненциально уменьшается. Следовательно, максимальный ток электронов на обрабатываемую поверхность равен практически току насыщения термоэмиссии катода-нейтрализатора. При токе пучка ионов на обрабатываемую поверхность, меньшем тока насыщения термоэмиссии, потенциал поверхности устанавливается выше потенциала, поданного на катод, и ниже потенциала плазмы. Потенциал, поданный на эмиттирующую поверхность катода-нейтрализатора, должен быть выше нулевого потенциала заземленных элементов вакуумной камеры на величину, много большую температуры катода, выраженной в вольтах, т.е. . Это условие объясняется тем, что распределение термоэлектронов по энергиям максвелловское с температурой, равной температуре катода. Поэтому при 5 ток термоэлектронов на заземленные поверхности (порядка 1% тока насыщения термоэмиссии) уже экспоненциально мал, что достаточно для предлагаемого способа. Однако для бездефектной обработки необходимо выполнить условие < U, также с целью исключения запирания пучка ионов потенциалом обрабатываемой поверхности, необходимо чтобы е < Е. Электроны при таком способе управления потенциалом поверхности имеют небольшие энергии, порядка их температуры, следовательно, они не могут эффективно ионизировать газ в камере, электроны хаотизируются по направлениям и на обрабатываемую поверхность попадает однородный поток электронов. Ионизация в объеме не происходит, следовательно, отсутствуют медленные ионы, загрязняющие обрабатываемые мишени. Потенциал поверхности поддерживается автоматически вне зависимости от колебаний тока пучка, вида обрабатываемого материала на постоянном уровне, равном потенциалу, поданному на эмиттирующую поверхность катода-нейтрализатора, с погрешностью не более температуры электронов вторичной плазмы. Соотношение kT << e где потенциал, поданный на эмиттирующую поверхность катода-нейтрализатора, определяет условие, необходимое для предотвращения стока эмиттирующих электронов на заземленные конструктивные элементы вакуумной камеры. Для термокатодов функция распределения эмиттируемых электронов по энергиям близка к максвелловской, а их средняя энергия равна температуре катода. Поэтому при величине положительного потенциала эмиттирующей поверхности 5 величина тока электронов на заземленный электрод I составляет I I_oe^- I_oe^-5 0,01I_o (I₀ величина тока эмиссии), что достаточно для реализации предлагаемого способа. Способ реализуется следующим образом. В вакуумной камере размещают мишени и катод-нейтрализатор. Включают блок питания накала катода-нейтрализатора, устанавливают ток накала, необходимый для разогрева катода до температуры термоэмиссии с током насыщения термоэлектронов, превышающим ток пучка ионов. На эмиттирующую поверхность катода нейтрализатора подают положительный потенциал в диапазоне kT << e <E < U. Включают источник ионов и ведут бомбардировку мишеней пучком положительных ионов. Потенциал обрабатываемой поверхности устанавливается на уровне выше потенциала, поданного на катод-нейтрализатор, на величину не более температуры электронов вторичной плазмы. Потенциал поверхности определяется экстраполяцией результатов зондовых измерений потенциала плазмы вблизи обрабатываемой поверхности. П р и м е р. Осуществляют травление диэлектрического слоя SiO₂толщиной 0,1 мкм под маской фоторезиста кремниевой пластины, размещенной на заземленном подложкодержателе диаметром 100 мм. Откачивают камеру до давления 4^.10^-4 Па. Через многоканальный источник ионов напускают рабочий газ СF₄ до получения в камере 6,5х10^-2Па. С помощью блока питания включают катод-нейтрализатор в виде вольфрамовой нити толщиной 0,7 мм и длиной 30 мм. Устанавливают ток накала катода-нейтрализатора 30 А. На эмиттирующую поверхность катода-нейтрализатора подают относительно земли положительный потенциал величиной 3 В. В данном случае условие kT << e < E, < U выполняется с высокой точностью, так как при Т 2500 К 0,216В и е 14 кТ, также потенциал значительно ниже энергии ионов, выраженной в вольтах, и ниже потенциала пробоя пленки SiO₂. Включают блок питания источника ионов. Получают пучок ионов с током пучка 100 мА и средней энергией 500 эВ, которым бомбардируют мишень. Потенциал поверхности находят экстраполированием результатов зондовых измерений потенциала плазмы вблизи обрабатываемой мишени. Также возможно определение потенциала поверхности диэлектрической мишени путем моделирования диэлектриков с помощью металлической незаземленной мишени и измерения электростатическим вольтметром потенциала этой мишени. Потенциал обрабатываемой мишени равен 5 В. При изменении потенциала, поданного на нить накала, в диапазоне от 2 до 40 В потенциал обрабатываемой поверхности изменяется от 4 до 42 В соответственно. Однородность травления по площади образца не ниже однородности плотности тока ионов по поперечному сечению ионного пучка. Какие-либо дефекты, связанные с загрязнением обрабатываемой поверхности и пробоями тонкой пленки SiO₂, не наблюдаются. Проведено также контрольное травление пластин кремния с использованием известного способа обработки. При этом имиттирующую поверхность катода-нейтрализатора заземляют, а параметры процесса травления аналогичны. Результаты сравнения протравленных пластин показали следующее. На 10% суммарной площади, подвергшейся обработке известным способом, неоднородность профиля травления, имеющая форму размытой тени от нити накала, превышает допустимые нормы (более 5%). Неоднородность обработки предлагаемым способом составляет величину менее 5% (что не является браком) и соответствует неоднородности плотности тока ионов по поперечному сечению пучка. На 15% площади пластины, обработанной известным способом, обнаружены дефекты, связанные с электростатическими пробоями диэлектрического слоя SiO₂, в основном локализованные в неоднородно обработанной области. Дефекты, связанные с загрязнением обрабатываемой поверхности и пробоями тонкой пленки окиси кремния, при травлении предлагаемым способом не наблюдаются. На основании проведенных экспериментов можно сделать вывод, что предлагаемый способ обработки диэлектрических мишеней с управлением потенциала поверхности диэлектрических мишений повышает однородность травления и снижает вносимую дефектность обработки. Брак при обработке мишеней снижается на 10-15%

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МИШЕНЕЙ В ВАКУУМЕ, включающий бомбардировку мишеней ускоренным пучком положительных ионов и компенсацию заряда электронами катода-нейтрализатора, отличающийся тем, что, с целью повышения качества обработки за счет улучшения однородности обработки и снижения вносимой дефектности, на поверхность катода-нейтрализатора подают положительный потенциал (B), выбираемый из выражения 5 kТ e < E; < U, где k постоянная Больцмана; T температура эмиттирующей поверхности катода-нейтрализатора, К; e заряд электрона; E энергия ионов пучка, Дж; U напряжение пробоя, В.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000