DE1268285B

DE1268285B - Verfahren und Anordnung zur Abtragung duenner ebenflaechiger Schichten mit einem Strahlenbuendel geladener Teilchen und Verwendung zur Herstellung von Bauelementen der Duennschichttechnik

Info

Publication number: DE1268285B
Application number: DE19651268285
Authority: DE
Inventors: H C Manfred Von Ardenne Dr
Original assignee: HERMSDORF KERAMIK VEB; Keramische Werke Hermsdorf VEB
Current assignee: HERMSDORF KERAMIK VEB; Keramische Werke Hermsdorf VEB
Priority date: 1965-03-17
Filing date: 1965-03-17
Publication date: 1968-05-16

Description

Verfahren und Anordnung zur Abtragung dünner ebenflächiger Schichten mit einem Strahlenbündel geladener Teilchen und Verwendung zur Herstellung von Bauelementen der Dünnschichttechnik Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtragung dünner ebenflächiger Schichten mit einem Strahlenbündel geladener Teilchen, welches fokussiert wird und tangierend oder unter einem Winkel von kleiner oder gleich 10° auf die abzutragende Schicht auftrifft, für Aufgaben vorzugsweise auf dem Gebiet der Mikroelektronik sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Abtragung von Schichten ist die Verwendung von Anordnungen, mit deren Hilfe Teilchenstrahlen erzeugt werden können, bekannt. Auf diese Weise werden vorzugsweise homogene Schichten unterschiedlicher Dicke und/oder Werkstoffe z. B. durch Bohren von Löchern oder Ausschneiden von Profilen aus Blechen, Folien usw. direkt abgetragen. Die bekannten Anordnungen zur Erzeugung von Teilchenstrahlen sind mit magnetischen Linsen und magnetischen oder elektrischen Ablenksystemen ausgerüstet.
Sollen dagegen von mehreren übereinanderliegenden dünnen Schichten die oberste oder die obersten abgetragen werden, und es handelt sich um Schichtdicken in der Größenordnung kleiner als 50 #tm, vorzugsweise um 10 nm bis 10 #tm, so entstehen eine Reihe technischer Schwierigkeiten. Diese Schwierigkeiten sind hauptsächlich in den hohen Beschleunigungsspannungen begründet, die für die Eindringtiefe der geladenen Teilchen in das Material bestimmend sind. Die Beschleunigungsspannungen, die zwischen 40 und 150 kV liegen, werden angewendet, um hohe Energiedichten bzw. hohe Arbeitsgeschwindigkeiten bei der Abtragung zu erreichen. Bei solchen Bemessungen der Anordnungen werden Eindringtiefen um 50 #tm und mehr erreicht. Auf dem Gebiet der Mikroelektronik ist dies aber bereits die Summe einer Anzahl einzelner Schichten. Die geladenen Teilchen dringen darüber hinaus noch tief in den Träger der Schichten ein. So ergibt sich z. B. für eine Kapazität, bestehend aus drei Schichten, in der Regel eine Gesamtschichtdicke von etwa 2 bis 5 #um, wobei die oberste für den Abgleich der Kapazität abzutragende Schicht unter 1 Rin beträgt.
Eine Möglichkeit, die Eindringtiefe der geladenen Teilchen zu reduzieren, besteht darin, die zur Anwendung kommenden Beschleunigungsspannungen zu senken. Man verwendet deshalb bereits Anordnungen zur Erzeugung von Teilchenstrahlen mit Beschleunigungsspannungen bis zu 5 kV herab. Die Anordnungen haben aber den Nachteil, daß mit kleiner werdender Beschleunigungsspannung die Leistungsdichte im Auftrefffieck, d. h. im Fokussierungspunkt oder kurz Fokus, an der zu bearbeitenden Stelle abnimmt. Dadurch entsteht ein wesentlicher Nachteil hinsichtlich der Bearbeitungsgeschwindigkeit.
Es ist auch ein Verfahren zum Abtragen dünner Schichten mit einem Strahlenbündel geladener Teilchen bekannt, welches fokussiert wird und tangierend oder unter einem kleinen Winkel auf die abzutragende Schicht auftrifft. Zur Erzeugung von Ätzstrukturen angewendet, ist dieses Verfahren nur bedingt zur Abtragung dünner, ebenflächiger Schichten geeignet. Insbesondere läßt auch dieses Verfahren die erforderliche Leistungsdichte im Auftrefffleck des Strahlenbündels auf der abzutragenden Schicht vermissen.
Der Zweck der Erfindung besteht darin, einen Teilchenstrahl hoher Leistungsdichte im Fokus zur definierten Abtragung einer oder mehrerer von übereinanderliegenden dünnen Schichten zu verwenden, der die Nachteile des Standes der Technik beseitigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Teilchenstrahl hoher Energiedichte, d. h. hoher Strahlspannung, am Auftrefffleck zur Abtragung dünner bzw. zur Abtragung der obersten Schicht einer Schichtfolge zu verwenden und eine hierfür geeignete Vorrichtung zu schaffen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß ein Bündel paralleler Teilchenstrahlen, dessen Achse senkrecht auf der abzutragenden Schicht steht, durch ein an die Schicht angrenzendes magnetisches Querfeld umgelenkt und an der Oberfläche der Schicht oder unmittelbar vor der Oberfläche der Schicht zu einem Strich fokussiert wird und daß der Auftrefffleck auf der Oberfläche der Schicht durch Parallelverschiebung des Bündels paralleler Teilchenstrahlen verschoben wird. Der fokussierte Strich wird z. B. in einem solchen Abstand von der abzutragenden Schicht und bei einem solchen Ablenkwinkel erzeugt, daß bei der Projektion des abgelenkten Teilchenstrahles auf die abzutragende Schicht wieder eine symmetrische Fläche erzeugt wird. Das magnetische Querfeld ist zweckmäßigerweise durch einen Elektromagneten zu erzeugen, und seine Feldstärke dient bei tangierendem Teilchenstrahl zur Steuerung der Energieeinstrahlung in die abzutragende Schicht, derart, daß ein einstellbarer Teil des Teilchenstrahles auf die abzutragende Schicht trifft, während der andere Teil an der Schicht vorbeigeht und auf einem Elektronenauffänger aufgefangen sowie zur Steuerung des auf das Werkstück auftreffenden Anteiles des Teilchenstrahles verwendet wird. Ein an sich bekanntes System zur Erzeugung eines Strahlenbündels geladener Teilchen ist senkrecht über der abzutragenden Schicht und dem homogenen magnetischen Querfeld angeordnet. Es ist unter Umständen auch zweckmäßig zur Erzeugung bestimmter Einfallswinkel, das System schräg über der abzutragenden Schicht und dem homogenen magnetischen Querfeld anzuordnen.
Die Polschuhspitzen des das magnetische Feld erzeugenden Magneten sind gleichzeitig als Transporteinrichtung für den Schichtträger, das sogenannte Substrat, ausgebildet. Das erfindungsgemäße Verfahren und die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens eignen sich besonders zur Herstellung von Leiterbahnen, Kapazitäten, Induktivitäten und ähnlichen Aufgaben auf dem Gebiet der Dünnschichttechnik.
Verfahren und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zeichnen sich vor allem dadurch aus, daß das an die abzutragende Schicht angrenzende magnetische Querfeld nicht nur zur Umlenkung des Teilchenstrahles, der im Hinblick auf die Dichte der abzutragenden Schicht und unter Einhaltung der Bedingung, das möglicherweise unter der Schicht angeordnete weitere Schichten nicht verletzt werden dürfen, nur unter einem kleinen Winkel oder tangential auftreffen darf, sondern auch zur zusätzlichen Fokussierung des Teilchenstrables zu einem Strich benutzt wird. Die zusätzliche Fokussierung bewirkt eine Erhöhung der Energiedichte im Auftreffquerschnitt des Teilchenstrahles auf der abzutragenden Schicht. Diese Energiekonzentration ist überraschend und ermöglicht die Abtragung dünner, ebenflächiger Schichten definierter Dicke von einem Substrat oder die Abtragung einer oberen dünnen Schicht von mehreren übereinanderliegenden solchen Schichten. Außerdem gestattet es auch das Verfahren, den Strichfokus durch Vorfokussierung des Teilchenstrahles vor den Auftrefff(eck auf der Oberfläche der Schicht zu legen.
An Hand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Erzeugung eines Strahlenbündels geladener Teilchen mit dem Strahlverlauf und der Anordnung des magnetischen Querfeldes, F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung der Ablenkung des Teilchenstrahles gemäß F i g.1 mit der abzutragenden Schicht in perspektivischer Ansicht, F i g. 3 eine vergrößerte prinzipielle Darstellung der tangentialen Fokussierung des Teilchenstrahles auf der abzutragenden Schicht, F i g. 4 eine prinzipielle und vergrößerte Darstellung der Fokussierung des Teilchenstrahles vor der abzutragenden Schicht.
In einem an sich bekannten System zur Erzeugung eines Strahlenbündels geladener Teilchen wird ein Teilchenstrahl erzeugt. Der Teilchenstrahl kann sowohl ein Elektronen- als auch ein Ionenstrahl sein. Im weiteren soll der Betrachtung ein Elektronenstrahl zugrunde gelegt werden.
In einer an sich bekannten Elektronenstrahlquelle1 wird ein Elektronenstrahl 2 erzeugt. Danach durchläuft der Elektronenstrahl 2 bekannte magnetische Fokussierungs- und Ablenkmittel. Im vorliegenden Fall sei eine magnetische Linse 3 und eine weitere magnetische Linse 4 angeordnet. Die magnetische Linse 4 erzeugt z. B. einen praktisch parallelen Strahlenverlauf. Zur Ablenkung dieses parallelen Teiles des Elektronenstrahles 2 dient ein magnetisches Ablenksystem 5, welches z. B. eine Parallelverschiebung des Elektronenstrahles 2 oder eine andere Ablenkung gestattet. Damit ist die Möglichkeit geschaffen, den Einschußort des Elektronenstrahles 2 in ein magnetisches Querfeld 6 zu variieren. Das magnetische Feld ist homogen und fokussiert den Elektronenstrahl 2 zu einem Strich, wobei er eine Kreisbahn beschreibt und die abzutragende Schicht 7 tangential berührt. Die abzutragende Schicht 7 befindet sich auf einem Schichtträger S.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Abtragung dünner, ebenflächiger Schichten mit einem Strahlenbündel geladener Teilchen, welches fokussiert wird und tangierend oder unter einem Winkel von kleiner oder gleich 10° auf die abzutragende Schicht auftrifft, dadurch gekennzeichnet, daß einBündel paralleler Teilchenstrahlen, dessen Achse senkrecht auf der abzutragenden Schicht steht, durch ein an die Schicht angrenzendes magnetisches Querfeld umgelenkt und an der Oberfläche der Schicht oder unmittelbar vor der Oberfläche der Schicht zu einem Strich fokussiert wird und daß der Auftrefffleck auf der Oberfläche der Schicht durch Parallelverschiebung des Bündels paralleler Teilchenstrahlen verschoben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fokussierte Strich in einem solchen Abstand von der abzutragenden Schicht und bei einem solchen Ablenkwinkel erzeugt wird, daß die Auftrefffläche des abgelenkten Strahlenbündels auf der abzutragenden Schicht asymmetrisch ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Querfeld durch einen Elektromagneten erzeugt wird und daß die Feldstärke des Querfeldes bei tangierendem Teilchenstrahl zur Steuerung der Energieeinstrahlung in die abzutragende Schicht benutzt wird, derart, daß ein einstellbarer Teil des Teilchenstrahles auf die abzutragende Schicht trifft, während der andere Teil an dieser vorbeigeht und auf einem Elektronenauffänger aufgefangen und zur Steuerung des auf die abzutragende Schicht auftreffenden Anteiles des Teilchenstrahles verwendet wird.
4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhspitzen des das magnetische Querfeld erzeugenden Magneten gleichzeitig als Transporteinrichtung für den Schichtträger ausgebildet sind.
5. Verwendung des Verfahrens und der Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4 zur Herstellung von Kapazitäten, Induktivitäten und anderer Bauelemente der Dünnschichttechnik. In Betracht gezogene Druckschriften: Journal of Scientific Instruments, Vol. 39, 1962, Nr.
6, S. 314.