DE2313096A1 - Probenhalterung fuer das aetzen von duennen schichten - Google Patents

Probenhalterung fuer das aetzen von duennen schichten

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DE2313096A1 DE19732313096 DE2313096A DE2313096A1 DE 2313096 A1 DE2313096 A1 DE 2313096A1 DE 19732313096 DE19732313096 DE 19732313096 DE 2313096 A DE2313096 A DE 2313096A DE 2313096 A1 DE2313096 A1 DE 2313096A1
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Description

Philips Patentverwaltung GmbH, 2 Hamburg 1, Steindamm 94
"Probenhalterung für das Ätzen von dünnen Schichten"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Probenhalterung für das Ätzen von dünnen Schichten mittels eines Ionenstrahles, bei der eine Antriebsvorrichtung die Oberfläche einer auf ' einem Drehteller angeordneten Probe relativ zum. Ionenstrahl verstellt.
Das Ionenätzen von Oberflächenstrukturen in durch Masken stellenweise abgedeckte Schichten zwischen zwei Elektroden (Dioden-Plasma-Ätzen, engl. back-sputtering oder sputteretching) führt zu sehr flachen Flanken der zu ätzenden Strukturen. Ätzen von kollimierten freifliegenden Ionen
PHD-73/O5O - 2 -
(PVE-02/116)
409839/0868
_ ρ "■
erzeugt dagegen steile Flanken und ermöglicht-eine geometrische Auflösung bis zu wenigen /um bei Strukturtiefen von mehreren /um (siehe E.G. Spencer und P.H. Schmidt, Journal Vac. Sei. Technol. 8, Seite 52 (1971). Da'die handelsüblichen Ionenstrahlkanonen lonenstrahlen von <2 mm 0 emittieren, muß eine Schicht- größerer Ausdehnung relativ zum Strahl bewegt werden, wenn .ihre Oberfläche einheitlich geätzt werden soll.
Probenhalterungen mit translatorischem und rotatorischem Freiheitsgrad sind an sich bekannt. Das sogenannte ."Schuur'sche Pendel", welches von der Fa. Balzers in Lichtenstein angeboten wird, erzeugt dabei aber keine planen Oberflächen, weil die transversale Verschiebung nicht von der Umfangsgeschwindigkeit auf der Probe gesteuert wird. ,
Bei dem weiterhin von der Fa. Commonwealth Scientific/ Virginia-USA angebotenen "Reciprocating Specimen Holder" sind zwar beide Freiheitsgrade der Bewegung durch eine Profilscheibenregelung voneinander abhängig gemacht, obwohl die Antriebe zur 'Drehung und Verschiebung getrennt sind. Damit lassen sich in der Bubble-Speicher-Technologie verlangte Toleranzen der Schichtdicke von — 0,1 /um aber nicht einhalten.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Probenhalterung zu
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schaffen, mit der die engen zulässigen Schichtdickentoleranzen einhaltbar sind.
Die gestellte Aufgabe ist bei einer Probenhalterung der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung gelöst durch ein Reibrad, welches sich an einer Flanke einer den Drehteller tragenden Antriebsscheibe abwälzt, und zwar in dem radialen Abstand von der Antriebsscheibenwelle, in dem auch der Ionenstrahl auf die Probe trifft.
Trifft der Ionenstrahl stets dort auf die Probe, wo sich das Reibrad an der Antriebsscheibe abwälzt, dann stehen die Vorschubgeschwindigkeit der Probe und die Einwirkzeit des Ionenstrahles stets in einem gleichbleibenden Verhältnis. Das bedeutet aber, daß der Ionenstrahl, ganz gleich, ob sich der Probenteil näher an der Achse der Antriebsscheibe oder weiter von ihr weg befindet, auf jede beliebige Probenstelle immer in gleicher Weise einwirkt. Damit ist ein gleichmäßiges Abtragen sichergestellt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Welle der die Probe halternden Antriebsscheibe an der Verstellmutter einer senkrecht zur Welle angeordneten Spindel gelagert, die von der Welle über einen Stelltrieb in Längsrichtung drehbar ist. Die sich drehende Antriebsscheibe stellt sich mithin selbst senkrecht zur Wellenachse gegen-
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über dem Ionenstrahl auf und ab ein. Ein weiterer- zusätzlicher Antrieb kann damit entfallen.
Den bekannten Vorrichtungen fehlt ein weiterer Freiheitsgrad, der für das Ionenätzen von Strukturen mittels Masken wichtig ist. Es handelt sich dabei um eine Probendrehung um eine zweite Achse, die parallel und versetzt zur erstgenannten Achse verläuft. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb der Drehteller der Probe über ein Mitnehmerzahnrad beim Drehen der Antriebsscheibe absatzweise um eine parallel zur Wellenachse verlaufende Achse drehbar. Die Probenteller .mit den Proben sind dabei mit gleichen Abständen von der Scheibenachse auf der Antriebsscheibe oder einer parallel zu dieser angeordneten, mit ihr gekuppelten Tragscheibe verteilt angeordnet. Die einzelnen Drehteller der Proben können mit Mitnehmerzähnen versehen sein, in deren Bewegungsweg beim Drehen der Scheibe eine Klinke führbar ist.
Zur Erzielung steiler Flanken ist es weiterhin von Bedeutung, daß der Einfallswinkel des Ionenstrahles zur Schichtnormalen verschieden Null ist. So muß der Ionenstrahl nacheinander möglichst alle Richtungen auf einem Kegelmantel mit einem Öffnungswinkel gleich dem Einfallswinkel einnehmen, damit "Abschattungen" der Flanken der Schichtstruktur vermieden werden. Hierzu ist nach einer weiteren Ausgestaltung der
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Erfindung die Tragscheibe mit der Antriebsscheibe und einem Teil des Antriebes um die vertikale Radiale durch die Tragscheibe verdrehbar. Weiterhin ist hierzu im Drehantrieb eine vertikale Übertragungswelle vorgesehen, um deren Achse die Tragscheibe mit der Antriebsscheibe und weiteren Antriebsteilen drehbar ist, wobei die Achse der Übertragungswelle mit der Radialen durch die TragsGheibe fluchtet.
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
An einem Traggerüst 1 ist ein Motor 3 angeordnet, der über ein Übersetzungsgetriebe 5 eine Welle 7 antreibt. Die Welle 7, die gleichfalls in dem Traggerüst 1 gelagert ist, trägt ein Kegelzahnrad 9, welches mit einem weiteren Kegelzahnrad 11 an einer Übertragungswelle 13 kämmt. Die Übertragungswelle 13 treibt über ein Zwischengetriebe 15 eine Welle 17 an, auf welcher ein Reibrad 19 befestigt ist. Die Welle 17 ist in einem Gehäuse 21 gelagert, das um die Achse 23 der Übertragungswelle 13 um wenigstens 90 schwenkbar ist. Das Gehäuse 23 stützt sich hierzu mit einem Ring 25 auf einem Sattel 27 des Traggestells 1 ab.
Das Gehäuse 21 ist mit einer Führung 29 versehen, in welcher eine Spindel 31 drehbar angeordnet ist. Auf der Spin-
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del 31 befindet sich eine Verstellmutter 33» welche eine Welle 35 führt, auf der eine Antriebsscheibe 37 und eine Tragscheibe 39 für Probenteller parallel zueinander im Abstand befestigt sind. An der Flanke .41 der Antriebs-' scheibe 37 wälzt sich das Reibrad 19 mit seiner Oberfläche ab. Damit dreht das Reibrad 19 die Scheibe 37 und mit ihr die Tragscheibe 39 und die Welle 35. Infolge der Drehbewegungen der Welle 35 wird von dieser über einen Schneckengang 43 ein Schneckenzahnrad 45 in Umlauf versetzt, das seinerseits dann die Spindel 31 dreht. Auf diese Weise kann die Welle 35 zusammen mit den Scheiben 37 und 39 in Richtung eines Doppelpfeiles 46 auf und ab bewegt werden.
An der Tragscheibe 39 sind Drehteller 47 für Proben gelagert. Eine Anzahl von Drehtellern 37 ist dabei gleichmäßig und in gleichem radialen Abstand von der Welle 35 auf der Scheibe 39 verteilt. . .
Zum" Abtragen von Materialteilen der Proben wird ein Ionenstrahl 49 auf die Proben geleitet. Dieser Ionenstrahl 39 verläuft in der Mittelebene durch das Reibrad 19, ist jedoch seitlich versetzt, so daß er die Proben auf den Drehtellern 47 trifft. Bei den Auf- und Abbewegungen der Drehteller 47 infolge eines Hebens und Senkens der Welle 35 werden die Proben damit gleichmäßig abgetragen.
Ein weiterer Freiheitsgrad der Bewegung wird dadurch einge-
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führt, daß mit den Drehtellern 47 Zahnräder 51 verbunden sind. Wenn sich die Scheiben 37 und 39 drehen, dann kann eine bei Bedarf in den Weg der Zahnräder 51 geschobene Klinke 53 die Zahnräder absatzweise drehen. Mit Hilfe einer Stellvorrichtung 55 kann 'die Klinke 53 nach Belieben in den Bewegungsweg der Zahnräder 51 hineingeschoben werden oder weggezogen werden.
Durch einen Doppelpfeil 57 ist eine weitere Bewegungsmöglichkeit für die Proben gegeben. Mit Hilfe einer nicht dargestellten Stellvorrichtung kann das Gehäuse 21, wie bereits beschrieben, um die Achse 23 gedreht werden. Diese Achse fluchtet mit der senkrechten Radialen 59 durch die Tragscheibe 39*
Bei der Probenhalterung nach der Erfindung ergibt sich mithin eine gleichmäßige Verweilzeit des Ionenstrahles an jedem Ort einer Probe, das bedeutet eine einheitliche Sputter-Rate. Um den günstigsten Auftreffwinkel des Ionenstrahles auf die Proben zu finden, wird das Gehäuse 21 um die Achse 23 so weit geschwenkt, daß die Probenoberfläche sich in der Drehachse 23 befindet.
Die Vorrichtung ist noch insoweit erweiterungsfähig, als über die gekoppelten Bewegungsabläufe hinaus zusätzlich noch getrennt die Hub- bzw. Drehbewegungen der Tragscheibe
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sowie der einzelnen Probenteller gesteuert werden können, um somit die Proben allein über Motorimpulse zu ätzen.
Die Erfindung ermöglicht in Verbindung mit einer Ionenstrahlquelle und einer photolitographischen Maskentechnik die Herstellung planer Oberflächen mit Fiillenstrukturen großer Flankensteilheit (^ 80°), lateraler Auflösung (>700 Linien/ mm) und Rillentiefe (> 3 /um). Ebenso lassen sich prinzipiell planparallele Schichten mit einer Dickentoleranz von < 0,1 /um herstellen.
Patentansprüche:
Q _
409839/0 868

Claims (7)

  1. Patentansprüche:
    1J Probenhalterung für das Atzen von dünnen Schichten mittels eines Ionenstrahles, bei der eine AntriebeVorrichtung die Oberfläche einer auf einem Drehteller angeordneten Probe relativ zum Ionenstrahl verstellt, gekennzeichnet durch ein Reibrad (19), welches sich an einer Planke (41) einer den Drehteller (39) tragenden Antriebsscheibe (37) abwälzt, und zwar In dem radialen Abstand von der Antriebsscheiberiwelle (35), in dem auch der Ionenstrahl (49) auf die Probe trifft. '
  2. 2. Probenhalterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ¥elle (35) der die Probe halternden Antriebsscheibe (37) an der Verstellmutter (33) einer senkrecht zur Welle angeordneten Spindel (31) gelagert ist, die von der Welle (35) über einen Stelltrieb (43, 45) bei sich in Längsrichtung verschiebender Mutter (33) drehbar ist.
  3. 3. Probenhalterung nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehteller (47) der Probe über ein Sperrzahnrad (51) beim Drehen der Antriebsscheibe (37) absatzweise um eine parallel zur Wellenachse verlaufende Achse drehbar ist.
  4. 4. Probenhalterung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Proben mit gleichen Abständen von der Scheiben-
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    - ■■- ίο -
    achse auf der Antriebsscheibe (37) oder einer parallel zu dieser angeordneten, mit ihr gekuppelten Tragscheibe (39) verteilt angeordnet ist.
  5. 5. Probenhalterung■nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klinke (53) i-n den üewegungsweg der Sperrzahnräder (51) führbar ist.
  6. 6. Probenhalterung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragscheibe (39) mit der Antriebsscheibe (37) und einem Teil des Antriebes um die vertikale Radiale (59) durch die Tragscheibe (39) verdrehbar ist.
  7. 7. Probenhalterung nach Anspruch 6, dadurch" gekennzeichnet, daß im Drehantrieb eine vertikale Übertragungswelle (13) vorgesehen ist, um deren Achse (23) die Tragscheibe (39) mit der Antriebsscheibe (37) und weiteren Antriebsteilen drehbar ist, wobei die Achse (23) der Übertragungswelle (13) mit der vertikalen Radialen (59) durch die Tragscheibe fluchtet, ■
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