DE2950329C2

DE2950329C2 - Einrichtung zum Abtragen von Material von der Oberfläche eines Targets

Info

Publication number: DE2950329C2
Application number: DE2950329A
Authority: DE
Inventors: Hans Prof. Dr. 3392 Clausthal-Zellerfeld Oechsner
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: 1985-06-05
Also published as: DE2950329A1; US4310759A

Description

mit

G^wr

gilt, wobei die Symbole die folgende Bedeutung haben:

L/j = Potentialdifferenz zwischen dem Target und dem Plasma

D — Abstand zwischen der Targetoberfläche und der Abschirmung

B₀ = Dielektrizitätskonstante des Vakuums

η = Plasmadichte

e_o = Elementarladung

k = Boltzmann-Konstante

Te = Eleklronentemperatur

M, = Atommasse der benutzten loncnart (Plasmaionen)

m_c = Elektronenmasse

,τ = 3,14...

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.

bekannt, mit Hilfe eines Plasmas aus der Oberfläche eines ebenen Targets Teilchen abzusputtern und diese Teilchen zum Zwecke der chemischen Analyse mit Hilfe eines Massenspektrometers zu untersuchen. Das Plasma dient dabei sowohl der Erzeugung der da·; Sputtern bewirkenden Ionen als auch der Nachionisation der abgetragenen Neutralteilchen, die mit dem Massenspektrometer untersucht werden. Dieses bekannte SNMS-Verfahren (Sputtered Neutral Mass Spectromefy) erlaubt im Gegensatz zum SIMS-Verfahren (Secondary lon Masse Spectrometry) eine quantitative Bestimmung der chemischen Zusammensetzung der 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 Tiefenprofilanalyse zu ermöglichen. Um hierbei exakte Ergebnisse zu erzielen, ist es notwendig, daß das Abtragen des Materials lateral extrem gleichmäßig geschieht, und zwar unabhängig davon, ob die Analyse der abgetragenen Teilchen oder Schichten nach dem SNMS-, SIMS- oder einem anderen Oberflächenanalyse-Verfahren durchgeführt wird.
' Ein gleichmäßiges Abtragen von Schichtbereichen ist in vielen Fällen erwünscht, z. B. bei der Erforschung von Diffusions- und Implantationsprofilen, von Übergangsbereichen in dünnen Mehrschichtsystemen und anderen Grenzschichtproblemen. Auch beim Ionenätzen ohne nachfolgende chemische Analyse der abgetragenen Teilchen ist in der Regel ein möglichst gleichmäßiges Abtragen erwünscht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß 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 Be-

reich bestimmenden öffnung vorgesehen ist und daß die Parameter dieser Anordnung so gewählt sind, daß die Beziehung

4/3

mit

3 \n /

U/4

kJj

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

Solche Einrichtungen sind bereits bekannt (DE-AS 01 288): dort wird kontinuierlich Ätzgas erzeugt und Ui einem Reaktionsbereich zugeführt, in dem sich der zu ätzende Gegenstand befindet. Zur Vergieichmäßigung 60 D des Ätzvorganges ist dort eine räumliche Trennung des Ätzgaserzeugungsbereichs vom Reaktionsbereich vor- £„ gesehen. Die bekannte Einrichtung läßt jedoch weder η ein Abtragen mit hoher Tiefenauflösung zu noch ist sie <?„ für die Anwendung bei Oberflächenanalyseverfahren 65 k geeignet, bei denen die abgetragenen Teilchen Vorzugs- T_c weise auf ihre Masse hin analysiert werden. M,

Aus »Applied Physics«, 14, 43 bis 47 (1977), ist es 2 P₀ 2 π m_c

gilt, wobei die Symbole die folgende Bedeutung haben:

Potentialdifferenz zwischen dem Target und dem Plasma

Abstand zwischen der Targetoberfläche und der Abschirmung

Dielektrizitätskonstante des Vakuums
Plasmadichte
Elementarladung
BoI tzmann- Konstante
Elektronentemperatur

Atommasse der benutzten lonenart (Plasmaionen)

m_c = Elektronenmasse
ir = 3,14...

Dadurch erhält man vorteilhafterweist. lonenbcschußkrater mit extrem flachen Kraterböden von der Größe der in der Abschirmung befindlichen Öffnung. Messungen mit einer Genauigkeit von etwa 1 nm haben ergeben, daß selbst bei Kratertiefers von mehreren 100 nm 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-Ausdehnung bestimmenden öifnung Potentialverhältnisse auftreten, die die Richtung der das Abtragen des Materials bewirkenden Ionen derart beeinflussen, daß Krater mit ebenen Kraterböden nicht entstehen können.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt allgemein eine Halterung 1, auf der das Target 2 befestigt ist. Vor der freien Oberfläche des Targets 2 wird ein Hochfrequtnzplasma 3 z. B. aus Argongas bei einem Druck von ca. IO-⁴ mbar erzeugt und aufrechterhalten. Das kann z. B. mit Hilfe eines elektromagnetischen Hochfrequenzwechselfeldes mit Elekronen-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 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 Absputtern.

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 lonenbeschußspannung U2, 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 Ui und damit über die ίΛ-Abhängigkeit der Sputterausbeute der gewünschten Abtraggeschwindigkeit am Target angepaßt werden.

Bei einem Beispiel für eine Einrichtung der beschriebenen Art, mit der extrem ebene Krater erzei-gt wurden, wurde ein Argon-Plasma bei etwa 8 ■ 10-⁴mbar mit einer Dichte von 2,9 · H)'^b m~^J und einer Elektronentemperatur von 1,2 · 10^ K erzeugt. Im Bereich der Probe traten Schwankungen der Plasmadichte von höchstens 1,5 · 10~^J auf. Der Abstand Dbetrug 1,3 mm. Zwischen Abschirmung 4 und Plasma 5 blieb noch ein bo Raumladungsbereich von 1 a. 0,4 mm. Für U\ und Ui wurden Werte von 48,4 b/-w. 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.

Hierzu 1 Blat< Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zuvn Abtragen von Material von der Oberfläche eines Targets mit Hilfe eines vor der Targetoberfläche erzeugten Hochfrequenzplasmas, dadurch gekenszeichnst, daß zwischen dem Target (2) und <iern 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