УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR PLASMA-CHEMICAL TREATMENT OF MATERIALS

Изобретение относится к технологии производства приборов микро- и наноэлектроники, связанной с травлением и выращиванием структур на поверхности материалов, в том числе материалов из полупроводников или диэлектриков.
На сегодняшний день обработку материалов путем травления и выращивания структур на их поверхности осуществляют различными плазмохимическими методами. При производстве приборов микро- и наноэлектроники требуется высокая точность контроля и управления процессом при минимальном рождении дефектов в структуре и достаточной скорости (временные затраты на обработку материала должны быть приемлемы для использования в промышленных целях), что возможно при обработке материалов с помощью неравновесной плазмы. Для этих целей в основном используются ВЧ и СВЧ-разряды.
Известно устройство для плазмохимической обработки полупроводниковых пластин [1], содержащее активационную камеру, выполненную в виде трубы из диэлектрического материала с патрубком напуска рабочего газа, индуктор, выполненный в виде катушки индуктивности, навитой снаружи трубы на части ее длины и соединенной с ВЧ-генератором, реакционную камеру с патрубком откачки газов, экранирующими сетками, расположенными у основания трубы и термостабилизированным подложкодержателем, установленным в основании камеры, дополнительно снабжено заземленным экраном, выполненным в виде цилиндра из проводящего немагнитного материала, имеющего по крайней мере один разрез вдоль образующей цилиндра, и установленным между индуктором и трубой, а экранирующие сетки в устройстве выполнены в виде набора тонких металлических пластин, установленных параллельно друг другу под заданным углом к подложкодержателю, в цилиндрическом держателе, внутренний диаметр которого превышает максимальный диаметр обрабатываемых пластин. При этом угол наклона, количество и параметры пластин выбирают из условия прозрачности сетки для газового потока и перекрытия пластинами друг друга не более чем наполовину.
Недостатками плазмохимических устройств на основе ВЧ-разрядов являются сложность управления параметрами плазмы, большой расход рабочего газа для обеспечения достаточной скорости обработки и (или) увеличение ВЧ-напряжения, что приводит к радиационным повреждениям обрабатываемой поверхности и, как следствие, к понижению качества обрабатываемого материала, а также необходимость надежно экранировать электрические поля для обеспечения безопасности при использовании устройств.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в плазмохимической обработке материалов (травление, напыление пленок из материала мишени иного состава и структуры, в том числе с использованием масок) с обеспечением анизотропии и уменьшения рождения дефектов в структуре при достаточной скорости воздействия (временные затраты на обработку материала должны быть приемлемы для использования в промышленных целях) на обрабатываемый материал без применения источников ВЧ напряжения.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в применении пучково-плазменного разряда для обработки материалов путем генерации плазмы с помощью воздействия на рабочий газ пучка электронов. В предлагаемом устройстве последовательно по направлению к центру системы расположены и помещены в высоковакуумную камеру диаметрально противоположные источник электронов и мишень, применяемая в случае режима нанесения покрытий из материала мишени при подаче соответствующего напряжения (смещения) на мишень, в зависимости от состава мишени; электронно-оптическая система для транспортировки пучка электронов в камеру пучково-плазменного разряда, внешние катушки для создания магнитного поля, обеспечивающие индукцию вдоль пучка электронов порядка 50 Гс. В центре системы находятся камера пучково-плазменного разряда с подачей рабочего газа и расположенный перпендикулярно траектории пучка электронов ввод вращения-перемещения с закрепленным образцом и возможностью подачи напряжения смещения.
На чертеже показана схема устройства, которое состоит из высоковакуумной камеры 1, диаметрально противоположно расположенных относительно центра системы источника электронов 2 и мишени 3 из материала для напыления, электронно-оптической системы 4 для транспортировки пучка электронов, внешних катушек магнитного поля 5, камеры пучково-плазменного разряда 6, инициируемого с помощью пучка электронов в присутствии слабого магнитного поля при подаче внутрь камеры рабочего газа, и расположенного перпендикулярно траектории пучка электронов ввода вращения-перемещения 7 с образцом 8 из обрабатываемого материала.
Устройство для плазмохимической обработки материалов работает следующим образом.
2
2
-3
Используемый источник электронов представляет собой накаливаемый либо полый катод. Формирование и транспортировка пучка электронов с плотностью тока около 0.3 А/см (ток пучка электронов при этом около 1 А) в область пучково-плазменного разряда осуществляются с помощью стандартной электронно-оптической системы, например, подобной Пирсовой. Наличие внешних катушек магнитного поля (могут быть использованы как электрокатушки, так и постоянные магниты), обеспечивающих индукцию вдоль пучка электронов порядка 50 Гс, и электронно-оптической системы позволяют получить практически параллельный пучок электронов (плоский, в частном случае ленточный пучок), направленный внутрь камеры пучково-плазменного разряда. Разделение высоковакуумной камеры и помещенной в нее камеры пучково-плазменного разряда электронно-оптической системой создает дифференциальную откачку в области эмиссии электронов, что значительно увеличивает ресурс используемого катода. «Поджиг» плазмы и зажигание пучково-плазменного разряда с генерацией в нем потока ионов с энергией 70-150 эВ и плотностью, обеспечивающими технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, происходит в присутствии продольного магнитного поля порядка 50 Гс вдоль электронного пучка с плотностью тока около 0.3 А/см при введении в камеру рабочего газа до рабочего давления порядка 1·10 Торр, например аргона. В центре системы, перпендикулярно траектории пучка электронов, расположен ввод вращения-перемещения, являющийся держателем обрабатываемого образца так, что электронный пучок проходит вдоль обрабатываемой поверхности, а в случае ленточного пучка электронов - параллельно поверхности обрабатываемого образца. Используя возможность подачи на держатель образца ДС импульсного или радиочастотного смещения, меняются режимы травления и нанесения покрытий. При обработке образца без приложения дополнительного смещения на держатель используется режим автоколебаний в пучково-плазменном разряде. Вращение и перемещение перпендикулярно пучку электронов обрабатываемого образца обеспечивают равномерную обработку материала, а следовательно, повышает качество получаемой продукции.
Данное устройство может быть выполнено в виде встраиваемого узла в серийно выпускаемые установки.
Источники информации
1. Патент RU 2249883 С1, кл. H01L 21/3065, 18.07.2003, опубл. 10.04.2005.