DE2950329A1

DE2950329A1 - Einrichtung zum abtragen von material von der oberflaeche eines targets

Info

Publication number: DE2950329A1
Application number: DE19792950329
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Der
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: SPECS Gesellschaft fuer Oberflaechenanalytik und Computertechnologie mbH
Priority date: 1979-12-14
Filing date: 1979-12-14
Publication date: 1981-06-25
Also published as: DE2950329C2; US4310759A

Description

79.024

LEYBOLD-HERAEUS GMBH Köln-Bayental

Einrichtung zum Abtragen von Material von der Oberfläche eines Targets

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abtragen von Material von der Oberfläche eines Targets mit Hilfe eines vor der Targetoberfläche erzeugten Hochfrequenzplasmas.

Aus "Applied Physics", 14, 43 bis 47 (1977), 'ist es bekannt, mit Hilfe eines Plasmas aus der Oberfläche eines ebenen Targets Teilchen abzusputtern und diese Teilchen zum Zwecke der chemischen Analyse mit Hilfe eines Massenspektrometer zu untersuchen. Das Plasma dient dabei sowohl der Erzeugung

der das Sputtern bewirkenden Ionen als auch der Nachionisatior 20

der abgetragenen Neutralteilchen, die mit dem Massenspektrometer untersucht werden. Dieses bekannte SNMS-Verfahren (Sputtered Neutral Mass Spectrometry) erlaubt im Gegensatz zum SIMS-Verfahren (Secondary Ion Masse Spectrometry) eine

„ quantitative Bestimmung der chemischen Zusammensetzung der 25

abgesputterten Teilchen und damit der Targetzusammensetzung.

Aus der genannten Literaturstelle ist weiterhin ein Verfahren bekannt, mit dem das Material der Oberfläche des Targets in

Form von atomaren Schichten abgetragen wird, um dadurch eine 90

Tiefenprofilanalyse zu ermöglichen. Um hierbei exakte Ergebniese zu erzielen, ist es notwendig, daß das Abtragen des Material lateral extrem gleichmäßig geschieht, und zwar unabhängig davon, ob die Analyse der abgetragenen Teilchen gg oder Schichten nach dem SNMS-, SIMS- oder einem anderen Oberflächenanalyse-Verfahren durchgeführt wird.

/4

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Ein gleichmäßiges Abtragen von Schichtbereichen ist in vielen Fällen erwünscht, z. B. bei der Erforschung von Diffusions- und Implantationsprofilen, von Ubergangsbereichen in dünnen Mehrschichtsystemen und anderen Grenzschi chtproblemen. Auch beim Ionenätzen ohne nachfolgende chemische Analyse der abgetragenen Teilchen ist in der

kegel ein möglichst gleichmäßiges Abtragen erwünscht. 10

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Abtragen von Material von der Oberfläche eines Targets mit Hilfe eines vor der Targetoberfläche erzeugten Hochfrequenzplasmas zu schaffen, mit der ein gleichmäßiges Abtragen mit hoher Tiefenauflösung möglich ist

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen dem Target und dem Hochfrequenzplasma eine metallische, vom Target elektrisch isoliert angeordnete Abschirmung mit einer den abzutragenden Bereich bestimmenden öffnung vorgesehen ist und daß die Parameter dieser Anordnung so gewählt sind, daß die Beziehung

U₂= (U₁ ³^₊D, 4/3 2 1 C

C = f

f(£*,1/2 ₍ 2 ,1/4

³ η ^le_o.kT_e' ' ^ül

-o""e
gilt, wobei die Symbole die folgende Bedeutung haben:

Potentialdifferenz zwischen dem Target und dem Plasma

Abstand zwischen der Targetoberfläche und der Abschirmung

_, «__Λ - Dielektrizitätskonstante des Vakuums

ο

Plasmadichte Elementarladung Boltzmann-Konstante

130026/0049 ^/5

⁴I

ro.

e 1Γ

: Elektronentemperatur

: Atommasse der benutzten Ionenart (Plasmaionen)

: Elektronenmasse

: 3,14....

'Mit einer diese Beziehungen erfüllenden Einrichtung der eingangs genannten Art erhält man Ionenbeschußkrater mit extrem flachen Kraterböden von der Größe der in der Abschirmung befindlichen öffnung. Messungen mit einer Genauigkeit von etwa 10 8 haben ergeben, daß selbst bei Kratertiefen von mehreren tausend 8 ein ebener Kraterboden erzielt werden kann, dessen Unebenheiten im Bereich der Meßgenauigkeit liegt. Hält man die angegebenen Bedingungen nicht ein, dann erhält man Krater mit konkaven oder konvexen Böden, da in den Randbereichen der die Krater-Ausdehung bestimmenden öffnung Potentialverhältnisse auftreten, die die Richtung der das Abtragen des Materials bewirkenden Ionen derart beeinflussen, daß Krater mit ebenen Kraterböden nicht entstehen können.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert werden.

Die Figur zeigt allgemein eine Halterung 1, auf der das Target 2 befestigt ist. Vor der freien Oberfläche des Targets 2 wird ein Hochfrequenzplasma 3z. B. aus Argongas bei einem Druck von ca. 10 mbar erzeugt und aufrechterhalten. Das kann z. B. mit Hilfe eines elektromagnetischer Hochfrequenzwechselfeldes mit Elektronen-Zyklotronwellen-Resonanz geschehen, wie es aus "Plasma Physics", Vol. 16, 835 bis 844 (1974), bekannt ist.

Zwischen dem Plasma 3 und dem Target 2 ist eine Abschirmung 4 mit einer öffnung 5 angeordnet, und zwar vom

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Target 2 elektrisch isoliert. Die Ausdehnung des Plasmas 3 ist wesentlich größer als die Öffnung 5 in der Abschirmung 4, damit eine gleichmäßige Dichte des Plasmas 3 im Bereich der Öffnung 5 sichergestellt ist.

Das Target 2 hat gegenüber dem Plasma 3 eine negative Spannung, so daß sich zwischen dem Target und dem Plasma eine Raumladung aufbaut. In Abhängigkeit von dem Spannungsabfall über dieser Raumladung werden positiv geladene Ionen aus dem Plasma in Richtung Target beschleunigt und bewirken dort das gewünschte Absp.uttern.

Abschirmung 4 und Probe 2 sind einander parallel angeordnet. Der Abstand D zwischen der Probenoberfläche und der Abschirmung unter Einbeziehung der endlichen Stärke der Abschirmung 4 ist eingezeichnet. Gemäß der im Anspruch 1 angegebenen Beziehung ist die Ionenbeschußspannung U-, bei der das Target lateral gleichmäßig abgetragen wird, durch die Einstellung des Abstandes D vorwählbar. Durch eine geeignete Vorrichtung kann der Abstand D dem jeweils gewünschten Wert von U₂ und damit über die ^-Abhängigkeit der Sputterausbeute der gewünschten Abtraggeschwindigkeit am Target angepaßt werden.

Bei einem Beispiel für eine Einrichtung der erfindungsgemäßen Art, mit der extrem ebene Krater erzeugt wurden,

—4 wurde ein Argon-Plasma bei etwa 8^;10 mbar mit einer Dichte von 2,9-10 m~ und einer Elektronentemperatur von 1,2*10 K erzeugt. Im Bereich der Probe traten Schwankungen der Plasmadichte von höchstens 1,5·10 auf. Der Abstand D betrug 1,3 mm. Zwischen Abschirmung 4 und Plasma 5 blieb noch ein Raumladungsbereich von ca. 0,4 mm. Für U₁ und U wurden Werte von 48,4 bzw. 378 V gewählt. Die die Größe des abgetragenen Bereichs bestimmende Öffnung 5 in der Abschirmung 4 war kreisrund und hatte einen Durchmesser von ca. 10 mm.

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Claims

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LEYBOLD-HERAEUS GMBH Köln-Bayental

Einrichtung zum Abtragen von Material von der Oberfläche eines Targets

Ansprüche

ί 1 Λ Einrichtung zum Abtragen von Material von der Oberfläche ^-^ eines Targets mit Hilfe eines vor der Targetoberfläche erzeugten Hochfreguenzplasmas, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Target (2) und dem Hochfrequenzplasma (3) eine metallische, vom Target elektrisch isoliert angeordnete Abschirmung (4) mit einer den abzutragenden Bereich bestimmenden öffnung vorgesehen ist und daß die Parameter dieser Anordnung so gewählt sind, daß 'die Beziehung _;

U~ ^m (U, Ί~7ϊ}
2 ι C

mit ■ ^C-f^^)1/2«5ÄT-'^1/4'°, -&Ht-

gilt, wobei die Symbole die folgende Bedeutung haben:

U, t Potentialdifferenz zwischen dem Target und dem

Plasma 30

D : Abstand zwischen der Targetoberfläche und der

Abschirmung

&_o ι Dielektrizitätskonstante des Vakuums η : Plasmadichte

e_o : Elementarladung

k . : Boltzmann-Konstante

T_e : Elektronentemperatur

/2

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: Atommasse der benutzten Ionenart (Plasmaionen) : Eleki 1Γ: 3,14.

m : Elektronerunasse
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand D zwischen der Targetoberfläche (2) und der Abschirmung (4) im Vakuum in definierter Weise meßbar eingestellt werden kann.

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