9. Оборудование для ихт и пхт

Первоначально технологические процессы ИХТ проводились на оборудовании для ионно-лучевого травления (рис.9.1), однако наличие накаливаемого катода в источнике ионов (источник Кауфмана) ограничивает его применение для этой цели. В химически активной среде катод быстро сгорает. Ионы, извлекаемые из источников с горячим катодом, имеют сравнительно высокую энергию. Для осуществления эффективного химического взаимодействия с материалами она должна быть снижена до значений менее 100 эВ.

Рис.9.1. Схема установки для ионно-химического травления

Электроны, эмиттируемые накаливаемым катодом, в качестве которого обычно применяют прямонакаливаемую вольфрамовую проволоку, ускоряются к аноду, смещенному на 40-100 В по отношению к катоду. Магнитное поле различных конфигураций служит для удержания быстрых электронов, которые ионизируют газ и создают тлеющий разряд в объеме источника при давлении 10^-2– 10^-1Па.

Удерживаемый магнитным полем разряд является источником положительных ионов, образующих при их экстракции пучок. В параметры разряда, которые могут быть использованы для регулирования тока пучка и его профиля, входят потенциал анода, ток разряда и напряженность магнитного поля (в случае применения электромагнитов). В самой плазме поле практически отсутствует, а ее потенциал близок к потенциалу анода. Первичные электроны с катода, ответственные за основную часть ионизационных процессов, имеют энергию, примерно пропорциональную разности потенциалов между катодом и анодом. Наличие низкоэнергетичных вторичных электронов в плазме может также сказываться на процессах ионизации и диссоциации.

Ионный пучок образуется за счет вытягивания ионов через одну или несколько перфорированных сеток. В двухсеточной системе (рис.9.1) первая, или катодная, сетка находится под потенциалом катода, а вторая, ускоряющая, сетка – имеет отрицательный по отношению к катоду потенциал и служит для вытягивания и ускорения ионов. Максимальный ток, который может быть вытянут из такого рода источника, ограничивается пространственным зарядом в области вытягивающей оптики и может быть выражен законом трех вторых, который дает максимальное значение плотности тока между двумя параллельными пластинами:

, (9.1)

где U – разность потенциалов между пластинами,d – расстояние между ними. Для обычной двухсеточной системы данные, полученные путем расчета по приведенной формуле, хорошо совпадают с экспериментальными данными, если размер отверстий в сетке больше 2 мм.

После того как пучок вытянут из ионного источника, его пространственный заряд нужно компенсировать, чтобы предотвратить избыточную расходимость пучка в объеме рабочей камеры. В этих целях обычно используют инжекцию низкоэнергетичных электронов с термокатода, помещенного в пучке. Таким образом, ионный пучок представляет собой плазму с нулевым суммарным зарядом.

Широкое применение процессов ИХТ в технологии возможно только при использовании для создания потоков химически активных ионов источников с холодным катодом. Таким источником может служить источник с магнетронным разрядом.

Оборудование для ПХТ материалов делится на два основных класса. Первый – объемные системы; второй – планарные системы, в которых обрабатываемая подложка размещается на катоде и процесс травления стимулируется ионной бомбардировкой.

Для создания газоразрядной плазмы в системах ПХТ обычно используют переменные электромагнитные поля. В так называемом индукционном разряде Н-типа (рис.9.2,а) азимутальное электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями создается за счет индукции при пропускании переменного тока на катушке (индукторе). Разряды (рис.9.2,б,в), ток в которых возникает при подаче переменного напряжения на открытые (б) или изолированные от газа (в) проводящие пластины, принято называть соответственно электродными и безэлектродными емкостными разрядами (Е-типа).

Рис.9.2. Способы поддержания разрядов в переменных электромагнитных

полях

Объемные системы ПХТ используются в основном для снятия фоторезистивной маски после выполнения ею своих функций при травлении рисунков в пленках материалов. В оборудовании для снятия фоторезистов используются, как правило, групповая обработка подложек, поскольку не требуется прецизионность обработки. Разряд зажигается в реакторе при подаче ВЧ напряжения на обкладки конденсатора или индуктор, охватывающие реактор. Основная проблема проведения процессов ПХТ в этом случае состоит в обеспечении равномерности травления и снижении тепловых нагрузок на подложки. Это достигается распределением газа, подаваемого в реактор, предварительным смешиванием газов для получения необходимой смеси, введением перфорированного металлического цилиндра, ограничивающего зону размещения подложек.

Процесс ПХТ осуществляется в условиях, когда на обрабатываемых подложках в условиях ВЧ разряда создается отрицательный относительно плазмы электрический потенциал, отбирающий и ускоряющий ионы из плазмы по направлению к поверхности обрабатываемой подложки. Есть два пути, обеспечивающих возникновение потенциала на подложке в ВЧ разряде. Один – размещение подложки на электроде, имеющем площадь, много меньшую площади поверхности окружающих заземленных стенок реактора. Когда ВЧ напряжение прикладывается к электроду, постоянное смещение, равное приблизительно половине пикового напряжения, создается между подложками и плазмой. В то же время смещение между плазмой и стенками камеры не превышает нескольких Вольт. Смещение на подложке может достигать 200 – 500 В. Другой путь состоит в размещении подложек на заземленном держателе и увеличении потенциала плазмы относительно земли удерживанием плазмы между двумя близко расположенными электродами. В этом случае потенциал плазмы относительно земли может достигать нескольких сотен Вольт. Относительно низкое давление обеспечивает направленное движение ионов и, следовательно, направленность процесса травления.

Рис.9.3. Схема устройства ПХТ материалов: а – объемная система ПХТ, б – планарная система с загружаемым анодом, в – планарная система с загружаемым катодом: 1 – электрод возбуждения, 2 – подложка, 3 – перфорированный экран, 4 – катод, 5 – анод

Установки для ПХТ, выпускаемые различными фирмами, как правило, автоматизированы. Управляющая система таких установок контролирует и регулирует работу по пяти основным параметрам: составу реактивного газа; скорости подачи его в рабочий объем; величине ВЧ или СВЧ мощности, вкладываемой в разряд; давлению газа; сигналу датчика контроля протравливания пленок.