К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Использование минимального газового потока вызвано ограниченноспю быстроты откачки вахуумлых висим, определзющих энергозатраты и габаритные размеры вакуумного промьппленного оборудования. К источникам ионов, применяемым в технологическом промьппленном оборудованиинни, предъявляют следующие требования: 1) интенсивность лучка ионов определяет производительность процесса, поэтому она должна составлять сотни миллиампер. Скорость распыления вещества, т.е. производительность процесса, пропорциональна силе тока ионного пучка на обрабатываемом объекте, коэффициенту распыления материала и его атомной массе: ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ИОНОВ 167 где Ч - коэффициент газовой экономичности источника Расчеты показывюот, что шш приведенньсх выше бысцкпе откачки н рабочего дюшеняя при усювии полностью ионюованного газа (и = 1) иахсимэльная сила тоха пучка не может правы" шюъ 5 А.
Если коэффициент псзовой жаномичяости песочника г( = 0,1, то предельная сила тока лучка ие превышает 0,5 А; 2) ионы должны обладать энергией 0,01- 10 кзВ. Выбор оптимальной энергии опредепяюся необходимостью получения максимальной производительности процесса при сохранении высокого качества. Производительность процесса раопыления вещества под действием ионной бомбардировки пропорциональна коэффициенту распыления материала Я (см.
(2.3.1Я, который, Э частности, зависит от энергий падающих ионов н упа их падения. Он равен нулю при энергии ионов, равной нескольким электр он вольтам (пороговая энергии). При увеличении энергии ионов от пороговой до сотен электронвольт Я резко возрастает, достипш мюиимума при энергии саьвпе 10 кэВ, и затем уменьшается вследствие внедрения ионов в твердое тело. Выбор оптимальной энергии дяя процессов нанесения пленок ионно-лучевым раопыленнем определяется, в первую очередь, требованием получения максимальной скорости геопьшения материала при минимальном рабочем давлении, что обеспечивает высокое хачеспю технологического процесса.
Для большинства материалов при энерпси ионов свыше 5 кзВ дальнейший рост энергии ведет к малому увеличеншо коэффициента распьщеияя и процесс становится энергетически неэффективным. Оптимальная энерпш нэпов несколько возрасиет при распылении материалов ионами, пшсающими под углом к поверхности. Для процессов ионно-лучевого травления знерпш ионов должна быль 0,1 - 1 кэВ. Ионы с энергией, меньшей 100 зВ, неэффективны яз-за малого коэффициента распыления.
Максимальная знерпш ионов ограничивается следующими фюсгорами. Травление ведеюя 'через резистивные маски из органичеокнх соединений с ограниченной термостойкостью, предельная удельная мошноеть, которую выдерживают резисты на охлакдаемых подложках, не превышает примерно 1 Вт/смз, поэтому оптимальная знерпш процесса долина опредеюпъся мюссимумом функции Я / Е =2Щ, так как в этом случае 'зюрата энергии на один удаленный шом дссяжна быть минимальна. Для большинства материалов эта функции имеет максимальное значение при энергиях порядка сотен электр онвольт. Энергию ионов ограинчивюот также радиационные повревшення и аморфизация по- верхности твердого тата Энергия ионов ограничивается значением, при котором нарушеинк, вносимые в приповерхностиые слои, не устраняются последующей, например термической, обработкой.
Для большинства материалов энергия ионов не долина превьянать 1 кэВ, а для таких материалов, как арсеняд шллия, даже 200 зВ. Для процессов травления ионами химически активных веществ необходимо снижение энергии ионов примерно до 50 - 100 эВ, чтобы повысить селекгивность травления слоев за счет фактического исключения из процесса травления доли физического расньшения при сохранении химического взаимодействия ионов с веществом. Реализация осюадения пленок непосредственно из пучков ионов требует создания источников с энергией ионов, состаюшющей десятки электр оивольт.
Предельная максимальная энерпш ионов Юш этого процесса определяется условием Я я 1, т.е. когда осаждение ионов из пучка превалирует над "самораспылением" осаждаемого материала; 3) в источниках ионов должны ионнзоваться разнообразные рабочие вещества, вюпочая химически акпгвные, для получения ионов различного химического состава. Это объясняется многообразием технологических процессов, осущеспшяемых с помощью пучков ионов.
Для процессов ионно-лучевого травления, очистки поверхностей, нанесения пленок с сохранением компонентного созыва распыляемой мшпени применяют ионы инертных газов. В процессах селекпсвного реактивного ионно-лучевого травления, нанесения пленок распылением мишени нли осаждением из пучка ионов, очистки поверхностей от оршническях загрязнений, удаления резистивных масок используют химически активные ионы, такие, как ионы фтор- или хлорсодержащнх соединении, углеводородов, кислорода, азота и т.д.
4) источники ионов должны обеспечивать равномерность травления и нанесения пленок. В связи с разнообразием форм и размеров обрабатываемых объектов требуются источники с различной конфигурацией пучка: сходшциеся, расходшциеся, ленточные, цилиндрические и т,дд 5) источники ионов должны иметь катоды нейтрализации для управлешш поверхностным зарядом в процессах травления или нанесения дизлекгрических пленок. Отбор ионов из плазменного эмнгтеря. Если в плазму ввести коллектор н подать на него отрицательный потенциал, то коллектор будет собирать только положительные ионы, а элексроны будут отражать в плазму.
Мевосу коллектором и образующей границей плазмы возникает слой движушихся ионов. В плазме соблюдаетая равенство концентраций положительно и отрицательно заряженных частиц и Гиаиа 23. ИОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА Х, 2 Рве. 2.3А. Схемы етбеиа веиеа с гривнам ииамим ь о1 - гранила пиазмм; й '- стенка развалкой камеры; ог - ускоривший зиехтрод; а - отверстие в стенке развиднев химеры; А - зазор между стенкой Везридней камеры и греющей плазмы электрическое поле прюсгически отсутствует.
В отличие от источников с хестким эмитгером в плазменных источниках нет ограничении силы тока обьемным зарядом. Ток, отбираемый с границы плазмы, ивляеюи током насьпценил. Но поскольку на границе плазмы электрическое поле равно нулю, а в пространстве граница плазмы - коллектор имеется положительный зарин ионов, плотносп отбираемого ионного тока определиетси законом Чайльда Ленгмюра (2.3.2). Плотность ионного тока / [мА/смз], рассчитанную по формуле (2.3.2) дли различных концентраций ионов аргона (т = 40) при температуре элекгронов Те = 10з К можно представить выражением / 0 4.10-гслэ, где л+ - концентрации ионов, см 3. Особенностью отбора ионов с границы плазмы июшетси то, что изолированная стенка разрядной камеры заряжащои до отрицательного относительно плазмы потенциала.
Причиной этого явлиетсл существенно большаи подвижность в плазме электронов, чем ионов. Поюнциал стенки может быть определен из условия равенства потоков ионов и электронов на стенку где Ух - потенциал стенки камеры. Между границей плазмы Я1 и стенкой камеры 02 Устанавливается зазор А, в котором на стенку движутси потоки электронов и ионов (рис. 2.3.4, а). Если в стенке камеры о2 сделать отверстие диаметром г(, большим, чем 2А, то плазма проникнет наружу (рнс.
2.3.4, б). Расстояние А имеет значение порядка дебаевской длины экранировании Р где л - концентрация плазмы. Плазму можно вернул в исходное положение, если на ускоряющий электрод о3 по- дать отрицательный потенциал У (рис. 2.3.4, а). Изменил У, можно улравипь положением и формой границы плазмы, а следовательно, и конфгпурацией ионного пучка. Величина У определяет энергию ускоренных ионов. В технолопгческих источниках энергия ионов задается технологическим процессом, поэтому увеличение концентрации плазмы с целью повышении плотности отбираемого ионного тока ограничено при фиксированном У образованием ыапуклой границы плазмы (см.
Рис. 2.3.4, 6), приводящей к расфокусировке ионного лучка и осаждению ионов на ускорюощем электроде. С целью существенного увеличения плотности отбираемого с границы плазмы ионного тока бьш создан метод компенсации положительного обьемного заряда ионного пучка Компенсации осущеопишетси пространственным зарядом электронов, удерживаемых внутри ускоряющего проме~кутха в скрещенных электрическом и магнитном полях. Налриженность магнитного полл выбирают такой, чтобы ускоряющий зазор быи примерно равен одному ларморовскому радиусу электрона.
Источником электронов глухит пучковая плазма, о бразуюшався в промехутке "источник - обрабатываемый обвел~" при распространении пучка, или катод нейгралюацни, располагающийся вблизи торцовой поверхности источника. Компенсация положительного объемного заряда внутри ускориющего промежупи усиливает электрическое поле (при неизменном потенциале на ускоряющем электроде), и граница плазмы перемещается внутрь разршцюй камеры. Гранипу плазмы можно вернуп в исходное положение (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
