К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Из бесасточных источников наибольшее распространение получили иагочники, в югторых ионы обрззуютая и ускоряютая в скрещенных электрическом и магнитном полях. В эпэх источниках нет ограничения гпотиости тока пучка ионов законом Чайльда-Ленпаора. Энергия ионов определяется разностью потенциалов между местом образования иона внутри ускоряющего промажупга и потенциалом обрабатываемого обьекта. Созданы три типа таких источников: уакоргпели с замкнутым дрейфом элекгроиов и протяженной зоной ускорения (УЗДП), ускорители а анодным слоем (УАС) и источники с холодным катодом "Радикал". Источники типа УЗДП получили название Холловских ускорителей.
Принципиальные ахемм этих источников представлены на рис. 2.3.10 - 2.3.12. + Рве. 2.3.1В. Уеааратель е вретзжеввей завей гезвмзыа! 1- и д; 3- а лс ид; 3- кагал; 4- кагад-нсйтрэлиэатар; Рве. 2З.11. Умюгвтезь с звадвмм сзееьх 1- анод; 3- катод; 3- соленоид 3 Рве. 2.3.12.
Истачввк вздев е хеледвмм кагалам "Рздвкал" 1- анод; 2- катод (ускарюащзй электрод); 3- соленоид; 1 - вход гюа глава 2.3. ИОННО-ДУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА И2 3 2.3.3. Характеристики источников иолов хныкчесвк активных соедввекий В 1974 г. бьщ создан первый источник ионов химически актквных соединений "Радикас~". В этом источнике, квк и в источниках "Луч", реализован замкнутый дрейф электронов в скрещенных магнитном и электрическом полях в промехугке катод - анод размером порядка ларморовского радиуса электронов. Удерживаемые электроны нонкзируют рабочее вещество и компенсируют пространственный заряд пучка ионов. Ионизация практически любых веществ обеспечивается высокоэнергетическими электронами, ускоряемыми в специально созданной потенциальной яме и в лохалнзованных скрещенных электрическом и мапппном полях, обеспечивающих максимальное изменение энергии электронов а промежупсе анод-юпод (рис. 2.3.13).
Удержание электронов в промежутке анод-катод осущестыщстся скрещенными электрическим и магнитным полями, потенциальной ямой и линзообразным магнитным полам пробочной конфигурации. Движение зпевтронов массой лч и зарядом е вдоль магнитных силовых линий в дрейфовом приближении описывается следующим равенством Здесь у//, УО// — состающющие скорости электронов параллельные силовым линиям магнитного поля (щщекс "О" относится к центральной силовой линии); Г УО - потенциалы; м = тись/(2ВО) = сопзс - магнитный момент элехтронов, где убс - составляющая скорости электронов, перпендикулярная силовым линиям магнитного паля; Во — индукция магнитного полк в точке эмиссии эпексронов; В - индукция магнитного поля.
Рве. 2.3.13. Сччивы уыираанлеге вреыеиукса всии- ввяа вевеес а — с изсбуажелнеы силовых линий магнитного полз; б — с изображением свпсыых линой электрического полз; 1- сввовые линии ыаглвтиого поля; 2- катод (ускориоивй электрол); 5 - отверстле ппя выхода пучка ионов; 4- иид; 5- зкишотвллпааи Дпя рассматриваемых источников с холодным катодом га / с( ы 1; г; / с(» 1; Ю / с( В 1; )у' е(/; где г, гс - ларморовский радиус соответственно электронов и ионов; ст - расстояние анодквтод; 2) - дебаевский слой; )са с - длина свободного пробега соответственно электронов и ионов; $Р' — абсолютное значение изменения средней кинепсческой энергии электронов в промежупсе анод-катод при нх двихении вдоль траектории; Ц - потенциал ионизации рабочего вещества.
Параметр 7 характеризует эффективность и он изации рабочего веще спи зпекгро иным ударом. В табл. 2.3.3 приведены основные характеристики источников ионов различного типа, формирующих пучки химически активных веществ. ткхнологичвскив источники ионов Мз Рве. 2З.15. Мвогавуыиаме истечение велев: слева направо "Ралвгал М-100', "Радикал М-ЮО", "Радвкал М-450', В источнике "Радикал М-!00" максимальная сила тока пучка ионов четырехфтористого углерода достигает 700 мА, а ллотносп тока на обрабапаваемой поверхности близка к 7 мА/смз, напряжение на разряде составляет 1 - 3 кВ, средюи знерпи ионов - 300 - 500 зВ.
Это обеснечиваст обработку большинства материалов без радиюгиониых поврехщений и аморфнзации поверхности. При обработке неподвижных пластин неравномерность травления составюют Я 5 55 в зоне обработки диаметром 90 мм. Источник обеспечивает максимальную скорость травления двуокиси кремния около 14 нм/с (рабочее вещество СРс), а алюмиши - 3 нм/с (из - аргон). Селективносп травления 5!Оз к В! досппвет 15: 1 при использовании хладона 218 (СгРз). Источник ионов "Радикал М-200" обеспечивает зону равномерной обработки диаметром 175 мм и максимальную плотность ионного тоха - 2,5 мА/смз. В источниках "Радикал М-300" и "Радикал-М450" диаметры зоны равномерной обработки составляют соотаегственно 220 и 350 мм, а плотность ионного тока достигает 1 мА/смз.
Принципы конструирования многолучковых источников позволяют создать источники, формирующие пучки практически любых конфигураций: ленточные, прямоугольные, кольцевые и др. рвс. 2.3.14. Истечввл велев е хелевеии затевав "Ралвлаа" На основе рассмотренных выше физических принципов формирования ш(таискиных пучков ионов различных веществ разработаны н применяются десятки модификаций источников ионов с холодным катодом, предназначенные для различнык технологических процессов.
Наибольшее распространение в промышленности получил источник "Радикал", формирующий кольцевой пучок ионов диаметром 100 мм (рис. 2.3.14). Модернизированным вариантом источника "Радикал" яюгяется источник "Радикал Л" с протяженным ленточным пучком. Созданы источники с шириной пучка 1,5 м и более. Равномерность обработки поверхностей большой площади обеспечивается многопучковым источником ионов "Радикал М". В источнике сохранены физические принципы формирования пучков ионов, харавхериые для источника "Радикал".
При разработке источника удалось реализовать одинаховые злектрофизнческие и геометрические параметры каждой ячейки, что обеспечило формирсмание пучков ионов различного диаметра. Применяются источникк ионов "Радикал М- 100", "Радикал М-200", "Радикал М-300", "Радикал М-450" (рис. 2.3.15) с пучками ионов диаметром соответственно 100, 200, 300, 450 мм (см. табл. 2.3.3). Продолжение табл.
2.3.3 иа Глава 2.3. ИОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА Ниже приведены технические характеристики источнихов ионов для травления материалов: Обрабатываемые материалы ............................. Разрешающая способность, мкм ...,................. Потрешность размеров элементов, мкм .. Скорость травления, нм/с: 51О2 ............................... , металлов, пслупроводниюзв ............................ Селективность травлензш Яоз: 51 ........-.-....-.
Я02. Оадз ............... Неоднородность травления пластин диаметром до 350 мм, % ...............,............................. Основные харысмристики холловското источниха и УЗДП с ленточным пучком предстаютены в табл. 2.3.3. Их достоинствами являются малые средние энергии ионов в пучке и высокал плотность тока пучка ионов, недостатками - наличие накаливаемото катода у торца источника, что ограничивает применение химически актнвньп соединений, и локальносп, лучка, затрудняющая равномерную обработку неподюскных подложек. Кроме тото, для работы этих источников необходима большая концентрация рабочего вещества в зоне ионизацни. Это затрудняет их использование лля обработки поверхностей большой площади вследствие отраничеиности быстроты откачки технологического оборудования. В бессеточных источниках ионов с седловидным полем формируются в основном пучки ионов с малой интенсивностью и большой энертией ионов (см.
табл. 2.3.3). Основные харыпчрнстики типичных источников ионов с ВЧ- и СВЧ-разрядом представлены в табл. 2.3.3. В этих источниках пучок ионов формируется и ускоряется многосеточной ионна-оптической системой. Поэтому плотность отбираемого ионного тока в них, как и в большинстве источников с накаливаемым катодом, отраничена законом ЧайльдаЛентыюра. В источниках с ВЧ-разрядом плазма образуеюя в цилиндрической кварцевой разрядной камере, в которую подается рабочее вещество. ВЧ-поле с частотой 13,56 МГц возбуждает в рабочей камере разряд и ионизует рабочее вещество. С целью обеспечения высокой однородности плазмы в некоторых источниках ионов вблизи наружных стенок разрядной камеры создают мэтпитные мультипшш. Эффективность ионизации рабочего вещества в источниках с ВЧ-разрядом не превышает 1 %. Более эффективная ионизация рабочего вещества достипится в СВЧ-разряде с частотой 2,45 ГГц, особенно в разряде с элекзронноциклотро иным резонансом (ЭЦР) (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
