Системы с автономными ионными источниками

Системы ИТ с автономными ионными источниками по сравнению с ионно-плазменными системами обладают следующими преимуществами: уменьшение радиационного воздействия заряженных частиц и фотонов на обрабатываемые структуры в результате отделения рабочей камеры от источника; уменьшение загрязнений образцов инородными частицами за счет устранения процессов обратной диффузии и рассеяния при высоком вакууме в рабочей камере (10^-3 Па); возможность независимой регулировки угла падения, энергии и тока ионов, что позволяет контролировать и управлять профилями травления микроструктур; возможность наклона и вращения мишени с образцами, позволяющая улучшить равномерность травления и устранить некоторые топографические дефекты.

На рис.13.4 показана схема установки ИТ Microetching, разработанной фирмой Vecco Instr. Inc. на базе АИИ Кауфмана фирмы Thomsom CSF. Эта установка часто используется при травлении различных материалов. Ионизируемый инертный газ напускается через натекатель в камеру ионного источника, в котором при давлении порядка 0,1-1 Па зажигается дуговой разряд между вольфрамовым термокатодом и окружающим его цилиндрическим анодом, создающим радиальное электрическое поле, служащее для ускорения электронов. Для увели­чения эффективности ионизации на разрядный промежуток накладывается аксиальное магнитное поле, которое заставляет электроны двигаться по циклоидальным траекториям. Стенки анода находятся под высоким положительным потенциалом (до нескольких киловольт), что приводит к ускорению ионов и вытягиванию их через систему из трех молибденовых сеток, обеспечивающую получение хорошо сколлимированного ионного пучка диаметром 7,5-10 см с 5%-ной неравномерностью плотности тока. Из компенсатора объемного заряда, представляющего раскаленную вольфрамовую нить, в ионный пучок эмиттируются электроны для компенсации его объемного заряда, что позволяет проводить травление непроводящих материалов. Плотность ионного тока пучка может меняться от 0,3 до 2,5 мА/см², ускоряющее напряжение - от 0 до 2 кВ, угол расхождения пучка со­ставляет 7-10°, а расход инертного газа 1,0— 1,5 см³/мин.

К недостаткам источников с накаливаемым катодом относится трудность использования химически активных рабочих веществ, что существенно ограничивает их технологические возможности. Например, применение в источниках Кауфмана с прямонакальным катодом в качестве рабочих веществ фторсодержащих соединений уменьшает срок службы источника с 40 до 2 ч.

С целью устранения отмеченных недостатков применяют источники ионов химиче­ски активных соединений, в которых накаливаемый катод отсутствует, например, безсеточные источники ионов, в которых области образования ионов и их ускорения совмещены, и источники ионов, в которых газоразрядная плазма образуется в ВЧ или СВЧ полях.

Риссунок 13.4 - Схема установки ИТ:

1- камера ионного источника; 2- анод;3- термокатод; 4,8- натекатели; 5- электромагнит; 6- ионно-оптические сетки; 7- уско­ряющая сетка; 9- нейтрализатор; 10- заслонка; 11- водоохлаждаемая мишень; 12- рабочая камера

Из безсеточных источников наибольшее распространение получили источники, в которых ионы образуются и ускоряются в скрещенных электрическом и магнитном полях. В этих источниках нет ограничения плотности тока пучка ионов. Энергия ионов определяется разностью потенциалов между местом образования иона внутри ускоряющего промежутка и потенциалом обрабатываемого объекта. Созданы три типа таких источников: ускорители с замкнутым дрейфом электронов и протяженной зоной ускорения (УЗДП), ускорители с анодным слоем (УАС) и источники с холодным катодом "Радикал". Источники типа УЗДП получили название Холловских ускорителей. Принципиальные схемы этих источников представлены на рис. 13.5.

Контроль скорости удаления материала или толщиной пленки непосредственно в процессе ионно-плазменного травления (ИПТ) необходим потому, что этот процесс обладает низкой селективностью и не прекращается на границе раздела между пленкой подвергаемого травлению материала и пленкой подслоя (или подложкой). Если процесс ИПТ своевременно не остановить, то происходит удаление материала подслоя или подложки, приводящее к ухудшению электрофизических характеристик и браку обрабатываемых микроструктур.

Все методы контроля скорости удаления материалов и толщины пленок в процессе ИПТ можно разделить на две группы:

-прямые методы, в которых на измерительный преобразователь (ИП) (чувствительный элемент, датчик) воздействуют атомы или молекулы подвергаемого ИПТ материала;

-косвенные методы, в которых на ИП воздействуют частицы, не являющиеся атомами или молекулами под­вергаемого ИПТ материала и не содержащие атомов или молекул этого материала.

Рисунок 13.5- Принципиальные схемы ускорителя с протяженной зоной ускорения (а), ускорителя с анодным слоем (б), источника “Радикал” (в):

1- анод; 2- катод; 3- соленоид; 4- катод-нейтрализатор.