DE3511141A1 - Ionenstrahl-materialbearbeitungsanlage mit neutralisationseinrichtung - Google Patents
Ionenstrahl-materialbearbeitungsanlage mit neutralisationseinrichtungInfo
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Description
Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen Berlin und München VPA
. Ä· 3511H1
[eichen
85 P 11 77 0E
Ionenstrahl-Materialbearbeitungsanlage mit Neutralisationseinrichtung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ionenstrahl-Materialbearbeitungsanlagen sind prinzipiell, bekannt
und werden z.B. zum Ionenstrahlätzen und z.B. zum Aufsputtern benutzt. Beim Ionenstrahlätzen läßt man die Ionenstrahlung
direkt auf die zu bearbeitende Probe, z.B. ein mit einer Ätzmaske bedecktes Halbleiterchip, auftreffen. Beim
Sputtern wird mit Hilfe der Ionenstrahlung Material von einem in diese Strahlung hineingestellten Target abgetragen
und es sind Vorkehrungen getroffen, daß sich dieses abgetragene Material auf der Probe abscheidet. Aus R.A.: Powell,
"Dry Etching For Microelectronics" Verlag North Holland Physics Publishing (1984) gehen weitere Einzelheiten hervor
und es sei speziell auf Seite 120, Fig. 5 und auf Seite 137, Fig. 13 hingewiesen.
Zur Neutralisation der Ladung des Ionenstrahls, nämlich um nachteilige Aufweitung desselben zu vermeiden, ist als
Neutralisationseinrichtung in der Anlage eine Elektronenquelle angeordnet, deren emittierte Elektronen der
Ionenstrahlung beigemengt werden.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, daß die bekannten Ionenstrahl-Materialbearbeitungsanlagen
in bisher gewissermaßen als Extremfälle an-
BtS 1 Kow / 21.3.1985
^_ 85 P 1 1 7 7 OE
gesehenen Anwendungen noch nicht zufriedenstellend arbeiten. Darunter fallen insbesondere Fälle mit elektrisch relativ
gut leitendem Probenhalter und Probe bzw. relativ gut elektrisch leitendem Target. Auch wurden unerwünschte Kontaminationen
auf der Probe festgestellt, deren Ursprung als auf dem Vorhandensein der Neutralisationseinrichtung beruhend
erkannt wurde.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ionenstrahl-Materialbearbeitungsanlage
bekannter Art so zu verbessern, daß sie frei von den beobachteten Nachteilen ist
und zwar auch für die durchaus nicht seltenen "Problem"-Fälle
oben erwähnter und ähnlicher Art.
Diese Aufgabe wird mit einer Anlage mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Mit der Erfindung wird in überraschend einfacher Weise das anstehende Problem gelöst und außerdem ist auch noch der
Vorteil gegeben, daß Einjustierung auf für den Einzelfall optimale Verhältnisse möglich ist, und zwar dies ohne ins
Gewicht fallenden zusätzlichen Aufwand. Mit der Erfindung ergibt sich eine verbesserte Effektivität der Neutralisationseinrichtung,
so daß eine im wesentlichen mitten in der Ionenstrahlung angeordnete Neutralisationseinrichtung unter
Beibehaltung ihres Typs auch in mehr seitlich angeordneter Stellung angeordnet werden kann und dennoch voll bzw. sogar
verbessert wirksam ist. Insbesondere erübrigt sich mit Anwendung der Erfindung die spezielle, teilweise bereits angewendete
Maßnahme, eine besondere Kathodenstrahleinrichtung in der Anlage vorzusehen, wie sie in Figur 13 der obengenannten
Druckschrift R.A. Powell ... enthalten ist.
Weitere Erläuterungen der Erfindung werden der Einfachheit halber anhand des Schemas der Figur erläutert, wobei diese
85 P 1 1 7 7 DH
Figur alternativ eine Anlage zum Ätzen und eine Anlage, nämlich mit Target, zum Sputtern enthält.
Mit 2 ist in der Figur zusammengefaßt eine an sich bekannte Ionenstrahl-Kanone bezeichnet, deren Kathode mit 3, deren
Anode mit 4 und deren Screengitter mit 5 bezeichnet ist. Das Ionenplasma 6 entsteht im Innenraum zwischen den Teilen 3,
und 5. Mit 7 ist ein Acceleratorgitter bezeichnet, das der Beschleunigung der aus dem Plasma 6 herausgezogenen Ionen
und zur Ionenstrahlbildung dient. Relativ nahe dem Acceleratorgitter 7, z.b. mit einem Abstand von 1 cm, ist eine
Neutralisationseinrichtung 8 angeordnet. Ein wesentliches Teil dieser Einrichtung 8 ist ein Filament 9, das geheizt
wird und als Elektronenquelle für thermisch emittierte Elektronen benutzt wird. Dadurch, daß dieses Filament 9 beim
bekannten Stand der Technik vorzugsweise mitten in der durch das Acceleratorgitter 7 hindurchtretenden Ionenstrahlung
(kleine Kreise) angeordnet ist, wird eine bereits relativ gute Neutralisation der Ionenstrahlung 10 durch die
emittierten Elektronen 11 (Punkte) erreicht. Dieser raumladungsmäßig weitgehend neutralisierte, aus den Ionen 10
und den Elektronen 11 bestehende Strahlung ist auf den Probenhalter 20 der ersten Alternative (Ätzen) bzw. auf das
statt dessen dort angeordnete Target 120 der zweiten Alternative (Sputtern) gerichtet.
Bei dieser entsprechend der vorangehenden Beschreibung bekannten Ionenstrahl-Materialbearbeitungsanlage liegt der
Probenhalter 20 bzw. das Target 120 (und der zum Target gehörende Halter 121 für die zu besputternde Probe) auf
Massepotential. Entsprechend liegt auch die lediglich mit jeweils einem Strich angedeutete Seitenwandung 22 des dem
Probenhalter 20 bzw. dem Target 120 vorgelagerten Raumes auf Massepotential. Auch die Neutralisationseinrichtung 8 bzw.
deren Filament 9 liegt (abgesehen von dem auf dem Heizstrom
-χ- 85 P Π 7 7 OE
des Filaments 9 beruhenden Spannungsabfall) auf Massepotential.
Das Acceleratorgitter 7 liegt auf z.B. -250 V, das Screengitter 5 dazu passend auf +500 V, so daß zwischen
dem Potential des Plasmas 6 und dem Probenhalter 20 bzw. dem Target 120 bei diesem Beispiel etwa 530 V Spannung liegen.
Die vorangehenden Ausführungen gelten auch für die vorliegende Erfindung bzw. es können diese Maßnahmen auch bei
der vorliegenden Erfindung angewendet werden, jedoch abgesehen von den Ausführungen zum Potential des Probenhalters
20 bzw. des Targets 120. Auch kann man bei einer Anlage nach der Erfindung das Filament 9 zumindest etwas abseits des
zentralen Bereiches der Ionenstrahlung 10 anordnen, weil die Erfindung dies ohne Effektivitätsverlust für die Neutralisationseinrichtung
ermöglicht. Insbesondere kann bei der Erfindung die Neutralisationseinrichtung 8 bzw. deren
Filament 9, z.B. ringförmig ausgeführt, um die eigentliche Ionenstrahlung 10 herum (wiederum nahe dem Acceleratorgitter
9) angeordnet sein.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß zwischen der Neutralisationseinrichtung
8 und dem Target 120 bzw. dem Probenhalter 20 ein elektrisches Saugfeld für die von der Neutralisationseinrichtung
8 emittierten Elektronen vorhanden ist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
wird dies in der Weise realisiert, daß eine Potentialverschiebeeinrichtung 30 vorgesehen ist, mit der
der Probenhalter 20 bzw. das Target 120 auf ein dem Massepotential gegenüber positives Potential zu legen ist.
Dieses positive Potential ist vorteilhafterweise einstellbar wählbar, wobei insbesondere ein Bereich von +5 bis
+50 V zu bevorzugen ist. Prinzipiell könnte bei der Erfindung die Neutralisationseinrichtung 8 auch auf ent-
sprechend negatives Potential gegenüber dem dann weiter auf Massepotential belassenen Probenhalter 20 (bzw. Target 120)
gelegt werden, jedoch würde dies dazu führen, daß auch die Wände 22 mit auf dieses Potential der Neutralisationseinrichtung
8 zu legen wäre, nämlich damit weiterhin der Probenhalter 20 (bzw. das Target 120) auf dem erfindungsgemäß
vorgesehen positiveren Potential gegenüber auch der Umgebung (Wände 22) gehalten ist.
Bei der gestrichelt dargestellten Alternative mit dem Target
120 ist auch ein (ebenfalls gestrichelt dargestellter) Probenhalter
121 vorhanden. Bei der Erfindung kann es ausreichend sein, diesen Probenhalter 121 auf dem Potential des
Target 120 zu halten. Vorteilhafterweise wird aber auch für diesen Probenhalter 121 eine Einrichtung 31 für eine wählbar
einstellbare positive Vorspannung vorgesehen. Durch zueinander unterschiedliche Wahl des (gegenüber der Neutralisationseinrichtung
8) positiven Potentials des Targets einerseits und des positiven Potentials des Probenhalters
121 läßt sich eine steuerbare Aufteilung der Elektronen 11 erreichen.
Ein günstiges Einstellkriterium, und zwar für beide Alternativen, ist, das erfindungsgemäß vorgesehene Potential der
Einrichtung 30 und der ggf. vorhandenen Einrichtung 31 so einzustellen, daß im Betrieb über diese jeweilige Einrichtung
kein Strom oder ein nur geringer Strom fließt. Dies entspricht optimaler Neutralisation der Ionenstrahlung 10
durch die Elektronen 11.
Ein nicht direkt im Ionenstrahl 10 angeordnetes Filament 9, diese Anordnung ist mit Hilfe der Erfindung möglich, vermindert
die Kontamination (ohne daß etwa eine kompliziertere Elektronenstrahlkanone nach Figur 13 der genannten
Druckschrift erforderlich wäre). Lediglich anzumerken ist,
. *. 351114
_^_ 85 r Π 7 7 DE
ist, daß ein (wie bei der Erfindung durchführbar) weiter außerhalb des Ionenstrahls IO angeordnetes Filament 9 nicht
mehr in dem Maße durch die Ionenstrahlung 10 erhitzt wird, wie dies bei bekannten Ausführungen der Fall ist.
Die bei der Erfindung höhere Effektivität der Neutralisationseinrichtung
8 ermöglicht eine Verringerung der Heizleistung des Filaments 9.
Mit 40 ist eine jeweilige zu bearbeitende (zu ätzende oder zu besputternde) Probe bezeichnet.
Oben wurde bereits auf die Anwendung der Erfindung bei relativ gut leitendem Probenhalter bzw. Target bzw. der
Probe selbst hingewiesen. Aber auch bei elektrisch isolierendem Probenhalter bzw. Target ist die Erfindung mit
Vorteil anzuwenden. Entsprechendes gilt hinsichtlich der proben. Insbesondere ist die Erfindung vorteilhaft anzuwenden,
um unkontrollierte bzw. dem Zufall überlassene Ladungszustände in der Anlage im Bereich des Probenhalters
bzw. Targets zu beherrschen.
2-P-grterrtanspilüc!ie
1 Figur
1 Figur
- Leerseite -
Claims (2)
1. Ionenstrahl-Materialbearbeitungsanlage,
mit einer Ionenstrahlkanone mit einem Beschleunigungssystem, durch das hindurch die Ionen austreten,
mit einem Probenhalter,
mit einer Ionen-Neutralisationseinrichtung, die Elektronen in den Strahl der ausgetretenen Ionen im Raum zwischen der
Ionenstrahlkanone und den Probenhalter emittiert, und ggf. mit einem Target für den Fall der Anwendung
der Anlage für Sputtern,
gekennze ichnet dadurch, - daß Anschlüsse zum Anschluß einer elektrischen Spannung (30, 31) zwischen dem Probenhalter (20, 121) und/oder Target (120) und der Neutralisationseinrichtung (8, 9) vorgesehen sind, wobei für diese elektrische Spannung eine Polarität als Saugspannung für den Transport von Elektronen (11) von der Neutralisationseinrichtung (8, 9) zum Probenhalter (20, 121) und/oder Target (120) vorgesehen ist.
gekennze ichnet dadurch, - daß Anschlüsse zum Anschluß einer elektrischen Spannung (30, 31) zwischen dem Probenhalter (20, 121) und/oder Target (120) und der Neutralisationseinrichtung (8, 9) vorgesehen sind, wobei für diese elektrische Spannung eine Polarität als Saugspannung für den Transport von Elektronen (11) von der Neutralisationseinrichtung (8, 9) zum Probenhalter (20, 121) und/oder Target (120) vorgesehen ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Neutralisationseinrichtung (8, 9)
wenigstens im wesentlichen außerhalb des von dem Ionenstrahl (10) eingenommenen Raumes angeordnet ist.
Priority Applications (2)
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DE19853511141 DE3511141A1 (de) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | Ionenstrahl-materialbearbeitungsanlage mit neutralisationseinrichtung |
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